香港中文大学陈也团队JMCA综述：经由[Au(I)-油胺]复合物合成结构可控的胶体金纳米材料

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文章信息

经由[Au(I)-油胺]复合物合成形貌及晶相可控的胶体金纳米材料

第一作者：王刚，马晨，郑龙

通讯作者：陈也*

单位：香港中文大学

研究背景

结构可控的胶体金纳米材料因具有独特的物理化学性质而在催化、能源转化、电子器件及生物医药等领域显示出巨大的应用潜力。近来，除了对金纳米材料的尺寸、形状、维度以及构造进行广泛研究外，晶相也成为一个重要的研究因素。值得一提的是，大多数报道的晶相可控的金纳米材料的湿化学合成都经由[Au(I)-油胺]复合物这一关键中间体被还原为纳米金。本篇综述总结了以[Au(I)-油胺]复合物作为中间体，合成具有形貌和晶相可控的金纳米材料的最近进展。同时，文章详细讨论了目前已提出的不同形貌和晶相的金纳米材料的形成机理，并全面总结了Au(I)与油胺之间的独特相互作用。此外，文章还介绍了油胺保护的金纳米材料在催化及电子器件方面的应用。最后，本文对这一方向的挑战与机遇进行了展望。

文章简介

近日，来自香港中文大学化学系的陈也团队在国际知名期刊Journal of Materials Chemistry A上发表题为“Colloidal Synthesis of Au Nanomaterials with Controlled Morphology and Crystal Phase via the [Au(I)-oleylamine] Complex”的综述文章。该综述文章总结并讨论了在[Au(I)-油胺]体系中合成的结构可控的金纳米材料的形成机理及应用。

图1. [Au(I)-油胺]体系中形貌和晶相可控的金纳米材料的合成及应用。

本文要点

要点一：金纳米材料的形貌调控

作者总结了不同形貌的金纳米材料（包括金纳米颗粒、金纳米线和金纳米棒）的合成条件和可能的形成机理。在胶体法制备纳米金的众多体系中，[Au(I)-油胺]体系是一个重要存在。油胺分子作为溶剂、表面活性剂和还原剂对于金纳米材料的形貌调控起着重要作用。对于金纳米颗粒而言，Au-油胺复合物的热分解（thermal decomposition of Au-oleylamine complex）可能是其形成机理；而胶束形成（micellar formation）、氧化刻蚀（oxidation etching）以及金纳米颗粒的定向附着（oriented-attachment mechanism by small size Au nanoparticles）等是金纳米线的主要形成机理；氧化刻蚀（oxidation etching）和定向附着（oriented-attachment）则是金纳米棒的主要形成机理。

图2. [Au(I)-油胺]体系中不同形貌的金纳米材料的形成机理示意图。

要点二：金纳米材料的晶相调控

作者总结了在[Au(I)-油胺]体系中合成的具有不同晶相结构的金纳米材料，并讨论了非常规晶相可能的形成机理，主要为尺寸效应（size effect）、堆叠层错（stacking fault）、氧化刻蚀（oxidative etching）、外延生长（epitaxial growth）以及几何阻挫效应（geometrical frustration effect）五类。

图3. [Au(I)-油胺]体系中不同晶相结构的金纳米材料的形成机理示意图。

要点三：油胺保护的金纳米材料的应用

作者总结了油胺保护的金纳米材料在催化（主要包括二氧化碳还原、氧还原、氮气还原和一氧化碳氧化等反应）以及在电子器件方面的应用。

图4. 油胺保护的金纳米材料在催化及电子器件方面的应用。

要点四：前瞻

[Au(I)-油胺]合成体系的发展已有几十年，虽然报道了一系列不同形貌和晶相结构的金纳米材料及其生长机理，我们仍缺乏原位表征手段去支撑这些理论，这是未来的一个潜在研究方向。其次，除通过湿化学法合成具有非常规相的金纳米材料外，其他合成方法（如电化学及光化学合成）也需要被进一步探索。最后，油胺保护的金纳米材料的应用相对较少，亟待进一步开发。

原文链接
https://doi.org/10.1039/D1TA03666A

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