贵金属纳米晶体对还原氧化石墨烯的调节载荷

形状可控的贵金属纳米晶体（NCs）引起了许多研究人员的好奇心。用于生产贵金属纳米晶体的受管制光沉积方法是最近发表在ACS Applied Materials & Interfaces杂志上的一篇论文的主题。

研究方向：基于还原氧化石墨烯的贵金属纳米晶体的形状控制光化学合成.图片来源：Ambelrip/Shutterstock.com

贵金属纳米晶体（NCs）的重要性

由于其在催化反应，检测器，光电子学和生物医学科学方面的优势，人们对生产具有良好控制形态的稳定贵金属纳米晶体的兴趣日益浓厚。

有效地控制动力学和热力学晶体发育过程对于控制金属NC的几何形状至关重要。已经表明，表面活性剂，外部金属离子或大分子的添加可有效调节金属NC的最终形态。然而，与贵金属的直接制造相比，在脚手架上开发异形贵金属的策略通常尚未得到很好的确立。

什么是光沉积过程？

金属可以使用光沉积在搅拌罐式反应器中的半导体上，这是一种简单而有效的过程。在传统的光沉积过程中，半导体的导通和价带（CB和VB）被紫外光或可见光轰击。

为了将金属基板转换为NC，光诱导电子产生的电子比光诱导空穴产生的电子更可取。金属NC的形状，化学性质甚至几何排列都可以通过调整光沉积设置来精确控制。然而，迄今为止，通过光沉积方法制造的具有良好控制形式的金属NC尚未得到记录。

调节金属NC的沉积和开发过程的挑战为其广泛应用提供了重大限制。

一种用于加载 NC 的受控光沉积过程

在这项研究中，研究人员使用受管制的光沉积技术将传统的贵金属NC加载到还原的氧化石墨烯（rGO）上。为了防止光子在金属核中快速积聚，rGO被用作缓冲器从半导体传输光子。标准合成程序由两个阶段组成。在第一阶段，来自半导体的光电子，如氧化钛，将氧化石墨烯转化为rGO。然后，半导体中的激发电子行进到rGO以激活反应产物的还原，并在第二阶段获得形状调节的金属NC。

贵金属NC的表征和电化学测试

采用高分辨率透射电子显微镜（TEM）表征研究了所生产金属NC的光学性质。采用X射线光电子能谱（XPS）和X射线衍射（XRD）研究了纳米晶体的晶体结构.

析氢反应（HER）测量用于研究电化学行为.作为电极表面，采用厚度为3mm的玻璃基板电极和催化剂涂层。作为标准电极和对电极，使用饱和甘汞电极和石墨烯棒。

为了获得溶液阻抗，在预定的频带中进行电化学阻抗谱，并在10 mV的开路电位下记录电压。

研究的重要发现

本文提出了一种在rGO界面上光沉积标准贵金属NC的有效技术。生产了金属NC的稳定结晶面。从合成过程中消除了氧化钛和rGO，以确定常规钯NC的产生是由光沉积而不是光解引起的。

贵金属NC可以在氧化石墨烯（GO）的存在下产生，但不能在没有氧化钛的情况下产生;然而，这些NC的形状无法得到充分控制。这些发现表明，氧化钛等半导体的光催化活性在具有定制形态的钯NC的产生中起着重要作用。

引入的rGO不仅有助于光子的有效传输，减少不需要的肖特基势垒的影响，而且还为形状控制的金属纳米晶体的形成提供了一个稳定的平台。在HER应用中，具有封闭刻面的金属NC的性能远远优于不规则钯NC。目前的研究预计将扩大到包括各种形式的其他金属在rGO上的光沉积，用于不同的生物医学和诊断应用。

参考

Liu, Y. et al. (2022). Shape-Controlled Photochemical Synthesis of Noble Metal Nanocrystals Based on Reduced Graphene Oxide. ACS Applied Materials & Interfaces. Available at: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.2c01209.