清华新闻网12月24日电 日前，清华大学深圳研究生院能源与环境材料创新团队干林副教授与德国柏林工业大学和德国于利希研究中心的研究组合作在《科学》（Science）在线发表了题为“形貌可控的铂合金纳米晶中特定元素的各向异性生长机制”（Element-specific anisotropic growth of shaped platinum alloy nanocrystal）的研究论文，揭示了双金属纳米晶中不同元素的各向异性生长规律和联系，对设计和制备具有高催化活性和长寿命的合金纳米催化剂具有重要的指导意义。

铂合金纳米八面体的各向异性生长机制。

　　具有特定形状的双金属纳米晶因可以同时调节其表面原子排列结构和表面成分，在催化领域具有极为重要的应用价值。此前，干林副教授在德国柏林工业大学研究期间与合作者共同开发了一种尺寸在10纳米左右、具有正八面体形状的铂镍纳米颗粒(Nature Materials 2013)。因其具有高催化活性的{111}表面结构，这种铂镍纳米八面体对燃料电池氧还原反应的催化活性达到商品铂纳米催化剂的十倍以上。但实验发现该合金八面体中镍富集于面心部位，在燃料电池酸性腐蚀环境的长期服役下镍不断溶解，{111}表面结构不断破坏，从而催化活性逐渐下降，揭示出铂镍纳米八面体中不同元素的富集原因是进一步提高其寿命的关键。

　　从更广泛的意义上说，在原子尺度理解纳米晶的生长机制对制备可控形状和可控表面成分的合金纳米催化剂具有重要的指导意义。经典的晶体生长理论认为，纳米晶的各向异性生长是控制其形状的关键，并已在许多单金属纳米晶中证实。但双金属纳米晶中不同元素的各向异性生长之间的规律和联系，目前的认识还很少。

　　在该研究中，干林副教授与德国合作者利用球差矫正高分辨扫描透射电子显微镜和电子能量损失谱谱学成像技术发现，铂镍纳米八面体的生长呈现出阶段式的各向异性生长模式：铂首先沿<100>方向快速生长成一种分叉结构的六足体，镍(或钴)随后缓慢地沉积在具有原子台阶的凹形{111}面上，当形成平整的八面体表面后纳米晶的生长自动停止，最终形成了铂富集于棱和角、镍(钴)富集于面心的纳米八面体。这种新颖的生长模式不仅在几何上、也在成分上表现出高度的各向异性。这一发现丰富了双金属纳米晶的形状可控生长理论，对进一步提高燃料电池催化剂的效率和寿命亦具有重要指导意义。

　　本文的第一作者为干林副教授，通讯作者为德国柏林工业大学的Peter Strasser教授，德国于利希Ernst-Ruska电子显微中心的MarcHeggen博士参与该研究。

　　原文链接：http://www.sciencemag.org/content/346/6216/1502.abstract