随着全球能源需求的不断增长、化石燃料的消耗和日益严重的环境污染，发展高效无污染的新能源技术是解决该问题的有效途径，而发展稳定可靠的高性能催化剂是新能源技术的关键。如何在纳米粒子形成过程中对其表界面结构和组份进行精确调控来获得长期稳定的高活性低铂介观结构催化剂是解决该问题的有效途径之一。
最近，应用物理系宋玉军教授课题组使用其发明的程序微流体原位复合工艺和热处理后的去合金化表面原子重构方法（机理简图见图1）制备出了在碳黑表面高度分散的由超小（3纳米或更小）的FePt合金核层和Pt、Fe和B等原子掺杂的表面羟基化氧化物壳层构建的Pt含量从内到外逐渐增大的异质梯度结构型介观复合材料（FePt@(Fe1-xPtx)Oy(OH)z/C）。原位复合热处理技术使该核壳结构和碳粉表面具有强的相互作用，增强纳米晶与载体的协同效应而提高催化性能；去合金化表面原子重构使该类催化剂具有更丰富的顶点/边角/侧面/阶梯表层和次表层结构、大量的（111）和高指数面以及截角八面体和二十面体等多面体结构[图2(a-b)]。
图1 程序微流体法制备超小FePt纳米颗粒及高性能催化剂形成机理简图
通过在其形成过程中直接和炭黑表面键合，可以获得和炭黑具有强界面相互作用的超小尺寸粒子。经过初步成分优化，得到最优Fe/Pt成分比约为2/1，在此比例下形成的FePt@(Fe1-xPtx)Oy(OH)z/C介观结构催化剂在直接甲醇燃料电池的甲醇氧化反应中表现出了优异的电催化性能，活性可达1610 mA/mg-Pt，是商业Pt/C的12倍[图2c]，比最近（2016年12月16日）在Science发表的论文报道的最好结果 (商业Pt/C的7.9倍：Buetal., Science 354(2016)1410-1414, published in Dec 16,2016）高很多，比商业Pt/C纳米催化剂具有更优异的抗一氧化碳中毒性和催化持久性[图2d]。相关工作近日发表在Nanoscale 上（Nanoscale, 2017, DOI: 10.1039/C6NR09122A，影响因子IF=7.76）。最近关于宏量可控制备异质纳米材料和形貌可控量子点的一些成果最近也被Small（IF=8.315）、ElectrochimicaActa（http://dx.doi.org/10.1016/j.electacta.2017.01.159；IF=4.803）和JPhysChemC（http://dx.doi.org/10.1021/acs.jpcc.6b10901；IF=4.509）等期刊接收发表。其中该论文和发表在Small和JPhysChemC上论文的第一作者均是我院2014级硕博连读研究生王俊美，目前王俊美同学已以第一作者发表5篇SCI论文。该项目得到国家自然科学基金委（No：51371018 、50971010）和我校基础科研业务费（FRF-BR-14-001B）的支持。
图2 热处理后FePt@(Fe1-xPtx)Oy(OH)z/C纳米粒子的HAADF-STEM图像(a-b)； Fe/Pt为2/1时粒子的电催化甲醇氧化性能与商业Pt/C对比图(c);Fe/Pt为2/1时时间电流曲线与商业Pt/C对比图(d)。
附：
宋玉军教授自2002年开始就和美国哈佛大学D Weitz院士、MIT的K F Jensen院士、英国帝国理工的Joshua BEdel皇家会士、瑞士ETH Zurich的A J demello教授、美国加州大学伯克利分校的P A Alivisatos院士、德国伊尔默瑙工业大学M Kohler教授等先后开展微流体反应器的设计、制备及其在材料制备和高性能传感器领域的应用工作，并开拓了表界面可控程序微流体方法宏量制备磁、光、电功能介观结构复合材料等新研究领域，研究成果被美国MIT的R Langer院士和K F Jensen院士、欧洲科学院-英国皇家学院P O’Brien院士、德国科学院P Müller-Buschbaum院士、英国皇家工程院AG Livingston院士、美国工程院C Wong院士等20多位中外院士及其他著名学者在Nature及其子刊、Chem Rev、Phys Rep等期刊重点报道及他引一千多次，其中2008年发表在Small上的论文近五年被他引近200余次，为ESI高引用论文（top 1%）。宋玉军教授是我国最早从事微流体及其应用研究的学者之一，最近应Wiley出版社邀请主编专著该领域的专著“Microfluidics: Fundamental Devices and Applications”，也正在将该技术应用在表界面可控宏量制备异质纳米材料的工业化应用中。
（责编：张乐）
