2008年10月16日出版的《德國應(yīng)用化學(xué)》刊登了廈門大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院、固體表面物理化學(xué)國家重點實驗室孫世剛教授領(lǐng)導(dǎo)的課題組在納米材料表面結(jié)構(gòu)及功能設(shè)計方面的最新研究成果（“Shape-Controlled Synthesis of Gold Nanoparticles in Deep Eutectic Solvents for Studies of Structure–Functionality Relationships in Electrocatalysis”）。該成果是我國科學(xué)家在納米材料表面結(jié)構(gòu)及功能設(shè)計領(lǐng)域取得的重要進(jìn)展。

    金在通常的狀態(tài)下是惰性的，很長一段時間內(nèi)被認(rèn)為其催化活性遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如過渡金屬。但是，自從日本東京都立大學(xué)Haruta教授等發(fā)現(xiàn)負(fù)載在金屬氧化物上高度分散的金納米粒子表現(xiàn)出令人驚異的催化活性后，近幾年來,金基催化劑體系一直是前沿的研究熱點之一。

    孫世剛教授課題組在長期從事原子排列結(jié)構(gòu)明確的金屬單晶電催化的研究中發(fā)現(xiàn)，高指數(shù)晶面含有的低配位原子數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于低指數(shù)晶面，因此若能制備高指數(shù)晶面結(jié)構(gòu)的納米粒子，必將顯著提高納米催化劑的活性和穩(wěn)定性。然而，晶體生長的規(guī)律決定了垂直于高指數(shù)晶面方向的生長速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于垂直于低指數(shù)表面，使得在晶體生長過程中高指數(shù)面逐漸消失，最終僅能得到低指數(shù)晶面結(jié)構(gòu)的納米粒子。因此，制備由高指數(shù)晶面所圍成納米粒子是顯著提高納米催化劑性能的嶄新途徑，也是納米催化劑合成的極大挑戰(zhàn)。

    繼用電化學(xué)方法制備出高指數(shù)晶面結(jié)構(gòu)的二十四面體鉑納米粒子催化劑后（Science，2007，316：732-735），孫世剛教授課題組又發(fā)展了一種新的在低溫共融物（DES：Deep Eutetic solvents）中控制金納米粒子形貌和表面結(jié)構(gòu)的合成方法。在室溫下通過控制DES中水的含量及其變化首次合成了具有高指數(shù)晶面結(jié)構(gòu)的五角星形、納米花形，納米刺形系列納米金粒子，并通過紫外可見光譜對其合成過程進(jìn)行了跟蹤，通過高倍透射電鏡直接拍攝到了納米粒子表面高指數(shù)晶面原子的臺階狀結(jié)構(gòu)排列。進(jìn)一步以過氧化氫電催化還原反應(yīng)作為探針反應(yīng)，研究了所合成的不同表面結(jié)構(gòu)的金納米粒子的催化活性。發(fā)現(xiàn)具有高指數(shù)晶面結(jié)構(gòu)的金納米粒子單位面積的催化活性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于相同面積的本體金催化劑。

    該論文的結(jié)果證實了金粒子表面的低配位數(shù)原子是催化反應(yīng)中的活性中心，也是金納米粒子優(yōu)異的催化活性的來源之一。孫世剛教授等發(fā)明的方法在合成過程中條件溫和，且不使用穩(wěn)定劑，納米粒子表面不會被強(qiáng)吸附的表面活性劑占據(jù)表面位，所使用的溶劑DES成分都是常見的沒有毒性的化合物，在生物、催化等方面應(yīng)用前景廣闊，并且其合成方法和體系可以廣泛應(yīng)用到其他納米材料的合成。