金属纳米晶体的表面与其催化效应
纳米晶体材料的形貌控制和性能优化技术
纳米晶体材料的形貌控制和性能优化技术纳米晶体材料具有与传统材料相比独特的性质和应用潜力，它们在材料科学和工程领域中引起了广泛的关注。
纳米晶体材料的形貌控制和性能优化技术是实现其各种应用的关键，本文将详细探讨这些技术的原理、方法和应用。
形貌控制是指在纳米晶体材料制备过程中调控其形态和结构。
通过合理的形貌控制，可以调节纳米晶体的表面积、孔隙结构、晶体形状等特征，从而调整其物理、化学和力学性能。
常用的形貌控制方法包括溶胶-凝胶法、水热法、电化学沉积法、热分解法等。
这些方法通过调节反应条件、添加表面活性剂、改变溶剂热力学性质等手段，可以实现对纳米晶体形貌的精确控制。
一种常用的形貌控制技术是溶胶-凝胶法。
该方法通过溶胶中的原子或分子自聚合形成胶体粒子，然后通过凝胶反应固化成纳米晶体。
这种方法可以通过调节反应溶液的浓度、pH值、温度等参数，实现纳米晶体形貌的控制。
此外，利用表面活性剂可以在溶液中形成胶体粒子的核心-壳结构，通过调节表面活性剂的类型和浓度，可以调控纳米晶体的形貌。
水热法也是一种常用的形貌控制技术。
该方法利用高温高压水介质中的热力学性质，促使溶液中的原子或分子形成纳米晶体。
水热法具有反应温度低、反应时间短、成本低等优点，适用于制备各种形貌的纳米晶体材料。
通过调节反应温度、压力、溶液成分等参数，可以实现纳米晶体形貌的精确控制。
电化学沉积法是一种利用电化学反应控制纳米晶体形貌的技术。
该方法利用电极电位和电流密度的调节，使溶液中的离子在电极表面沉积形成纳米晶体。
电化学沉积法具有操作简单、形貌可调性强、制备成本低等优点。
通过调节电极材料、电解液成分和电流密度等参数，可以实现对纳米晶体形貌的准确控制。
除了形貌控制，性能优化也是纳米晶体材料研究的关键问题。
纳米晶体材料的性能受其晶格结构、晶界特征和表面性质的影响，因此通过调控纳米晶体的结构和表面特征，可以实现其性能的优化。
一种常用的性能优化技术是控制纳米晶体的尺寸和晶格结构。
纳米材料的界面效应及其性能研究
纳米材料的界面效应及其性能研究随着纳米科技的发展，纳米材料的应用越来越广泛。
然而，与传统材料相比，纳米材料具有更高的表面能和更强的表面反应性，界面效应对其性质和应用产生了重要影响。
因此，研究纳米材料的界面效应是非常重要的。
一、纳米材料的界面效应界面是两个或多个材料之间的交界处，表面是材料与外界或其他介质之间的界面。
对于纳米材料而言，表明与界面之间的比例更大，并且具有更高的表面能和更强的表面反应性，因此界面效应对于纳米材料的性质和应用产生极大的影响。
纳米颗粒之间的界面效应主要表现为以下三种情况：1. 晶界效应晶界是晶粒之间的界面，是晶体材料中的重要界面。
对于纳米晶体，晶界面积占材料总表面积的比例远高于大晶粒材料。
晶界特有的原子排布和局部表面结构使晶界具有非常独特的结构和物性，在纳米晶体的性质和应用研究中起着至关重要的作用。
2. 表面效应表面效应是指由于纳米晶体的表面高比表面积，导致表面原子比体积原子更加活泼，更容易发生化学反应和吸附反应。
表面吸附可使晶体的光学、电学、磁学等性质发生变化，例如经典的量子尺寸效应和磁阻效应。
3. 界面效应界面是两种或多种不同材料之间的交界处。
当纳米材料作为复合材料的组分时，不同材料之间的相互作用就能够产生明显的界面效应，从而影响到整个复合材料的性能。
同时，纳米材料的表面、晶界也是界面，因此也存在所谓的表面界面效应。
二、纳米材料性能的界面效应设计界面效应对于纳米材料的应用和设备设计产生了很大的影响。
通过调控纳米材料的界面效应，可以实现对其性能的各种调控，为纳米材料的应用和设备设计提供了新的思路和方法。
1. 超分子表面修饰超分子表面修饰是利用有机分子与纳米材料表面相互作用的方法，在纳米颗粒表面形成超分子结构，从而改变纳米颗粒的表面性质。
超分子表面修饰可以提高纳米颗粒的分散性，延长其使用寿命，同时也能够调节纳米颗粒的光学、电学、磁学、生物学等性质。
例如，将金纳米颗粒表面修饰为特定的生物分子，可以实现生物传感器的应用，种种多了才发挥出纳米材料的可塑性。
金纳米粒子的紫外吸收峰220-概述说明以及解释
金纳米粒子的紫外吸收峰220-概述说明以及解释1.引言1.1 概述金纳米粒子是一种具有特殊结构和性质的纳米材料，在科学研究和工业应用领域具有广泛的潜力。
金纳米粒子的制备方法多种多样，其中包括化学合成、溶液法、电化学法等。
这些方法可以根据需要控制金纳米粒子的形状、尺寸和表面性质，从而使其具备特定的物理和化学特性。
金纳米粒子的性质和应用也十分丰富和多样化。
由于其尺寸效应和表面效应的特殊性质，在光学、电学、磁学等领域展现出了独特的优势。
金纳米粒子在荧光标记、生物传感、催化剂等领域的应用具有广泛的前景。
此外，金纳米粒子还被广泛用于纳米电子器件、纳米催化反应、纳米医学等领域的研究和开发。
本文主要关注金纳米粒子的紫外吸收峰220的特性和影响因素。
紫外吸收峰220是金纳米粒子的一种光学性质，具体指金纳米粒子在紫外光区域的吸收峰位于波长220纳米附近。
这一特性对于金纳米粒子的表征和应用具有重要意义。
本文通过对金纳米粒子的制备方法、性质和应用的介绍，以及对金纳米粒子紫外吸收峰220的特性和影响因素的探讨，旨在增加对金纳米粒子的理解并推动金纳米粒子在相关领域的研究和应用的进一步发展。
此外，本文还展望了金纳米粒子未来研究的方向，并总结了金纳米粒子的紫外吸收峰220的影响因素，提供了对金纳米粒子研究的有益参考。
1.2文章结构1.2 文章结构本文将从以下几个方面进行探讨金纳米粒子的紫外吸收峰220以及相关的性质和应用。
首先，在引言部分，将对金纳米粒子的背景和重要性进行概述，以及文章的目的和结构进行介绍。
接下来，正文部分将着重介绍金纳米粒子的制备方法。
将介绍常见的化学合成、物理法等制备方法，并重点分析不同制备方法对金纳米粒子的粒径、形态和表面性质的影响。
然后，将深入探讨金纳米粒子的性质和应用。
将介绍金纳米粒子的表面等离子共振现象，以及其与电磁波的相互作用机制。
同时，还将探讨金纳米粒子在生物医学、催化和传感等领域的应用。
特别地，将重点关注金纳米粒子的紫外吸收峰220带来的应用前景和潜在的研究方向。
纳米材料的物理性质和应用
纳米材料的物理性质和应用纳米材料指的是具有纳米级尺寸（一纳米等于十亿分之一米）的材料，它们具有独特的物理性质和广泛的应用前景。
本文将探讨纳米材料的物理性质及其在各个领域中的应用。
一、纳米材料的物理性质1. 表面效应纳米材料的比表面积远大于其体积，这使得纳米材料具有显著的表面效应。
例如，纳米颗粒在化学反应中的活性比宏观颗粒高出数倍，这是因为更多的原子或分子位于表面，使其更易于与其他物质接触和反应。
2. 尺寸效应纳米材料的尺寸与宏观材料相比更小，因此纳米材料的电子、光学和磁学性质发生了显著变化。
例如，金属纳米颗粒的表面等离子体共振现象使其具有优异的光学性能，可以应用于传感器、光学器件等领域。
3. 量子尺寸效应当纳米材料的尺寸接近或小于其波长或布洛赫波长时，量子效应开始显现。
例如，纳米晶体在光谱吸收和发射方面表现出离散的能级，这对于光电器件的设计和制造具有重要意义。
4. 界面效应纳米材料中存在着大量的界面和晶界，这些界面对材料的性能有重要影响。
例如，纳米材料的晶界可以增强材料的强度和硬度，提高材料的韧性和塑性。
二、纳米材料的应用1. 催化剂纳米材料由于其高比表面积和特殊物理化学性质，被广泛应用于催化剂领域。
纳米催化剂具有高活性、高选择性和高稳定性等特点，在化学反应和能源转换中发挥着重要作用。
例如，纳米金属颗粒作为催化剂可以提高化学反应的反应速率和产物收率。
2. 电子器件纳米材料在电子器件中具有广泛的应用，如纳米晶体管、纳米传感器和纳米电池等。
纳米晶体管具有高电子迁移率和低功耗特性，对于半导体行业的发展具有重要意义。
纳米传感器可以实现对微小生物分子和环境变化的高灵敏检测。
纳米电池具有高能量密度和长循环寿命等优势，在可穿戴设备和电动汽车等领域具有广阔的应用前景。
3. 医疗领域纳米材料在医疗领域的应用涉及到药物传递、诊断和治疗等方面。
纳米药物传递系统可以将药物精确释放到病变组织或细胞，提高疗效和减少副作用。
纳米材料与技术作业
纳米材料与技术作业1.纳米材料按维度划分，可分为几类？(1) 0维材料quasi-zero dimensional—三维尺寸为纳米级(100 nm)以下的颗粒状物质。
(2) 1维材料—线径为1—100 nm的纤维(管)。
(3) 2维材料—厚度为1 — 100 nm的薄膜。
(4) 体相纳米材料(由纳米材料组装而成)。
(5)纳米孔材料(孔径为纳米级)2. 详细说明纳米材料有那几大特性？这几大特性的特点是什么？为什么纳米材料具有这些特性？(1) 表面效应：我们知道球形颗粒的比表面积是与直径成反比的，故颗粒直径越小，比表面积就会越大，因此，纳米颗粒表面具有超高的活性，在空气中金属颗粒会迅速氧化而燃烧，也正是基于表面活性大的原因，纳米金属颗粒可以看成新一代的高效催化剂，储气材料和低熔点材料；(2) 小尺寸效应：随着颗粒尺寸的量变会引起颗粒宏观物理性质的质变。
特殊的光学性质：所有的金属在超微颗粒状态都呈现为玄色。
尺寸越小，颜色愈黑，银白色的铂（白金）变成铂黑，金属铬变成铬黑。
由此可见，金属超微颗粒对光的反射率很低，通常可低于l％，大约几微米的厚度就能完全消光。
利用这个特性可以作为高效率的光热、光电等转换材料，可以高效率地将太阳能转变为热能、电能。
此外又有可能应用于红外敏感元件、红外隐身技术等；特殊的热学性质：固体颗粒在超微细化后其熔点将明显降低，当颗粒小于10纳米量级时尤为明显；特殊的磁学性质：超微的磁性颗粒可以使鸽子、海豚等生物在微弱的地磁场中辨别方向，利用磁性超微颗粒具有高矫顽力的特性，可以做成高贮存密度的磁记录磁粉，大量应用于磁带、磁盘、磁卡以及磁性钥匙等；利用超顺磁性，可以将磁性超微颗粒制成用途广泛的磁性液体；特殊的力学性质：由于纳米材料具有大的界面，界面的原子排列是相当混乱的，原子在外力变形的条件下很轻易迁移，因此表现出甚佳的韧性与一定的延展性。
(3)宏观量子隧道效应：处于分子、原子与大块的固体颗粒之间的超微纳米颗粒具有量子隧道效应，例如：在知道半导体集成电路时，当电路的尺寸接近电子的波长时，电子就会通过隧道效应溢出器件，使器件无法正常工作。
晶体的五种类型
晶体的五种类型晶体是由原子、分子或离子排列成有序的3D结构所形成的固体物质。
晶体在自然界中广泛存在，并且具有多种不同的类型。
根据晶体的结构和组成，可以将晶体分为五种主要类型，包括离子晶体、共价晶体、金属晶体、分子晶体和纳米晶体。
离子晶体是由正负电荷的离子所组成的晶体结构。
这种类型的晶体通常具有高熔点和硬度，因为离子之间的强静电作用力将离子结合在一起。
离子晶体还具有良好的电导性和光学性能，因此常用于制备电子元件、光学材料和陶瓷材料。
共价晶体是由共价键连接的原子所组成的晶体结构。
共价键是原子之间通过共享电子形成的一种强力化学键。
共价晶体通常具有较高的硬度和熔点，因为共价键的强度和稳定性。
这种类型的晶体在自然界中广泛存在，如钻石、石英和硅等，也用于制备半导体材料和高分子材料。
金属晶体是由金属原子排列而成的晶体结构。
金属晶体具有良好的导电性和导热性，因为金属原子之间通过“海洋模型”形成了自由移动的电子。
金属晶体还具有良好的韧性和延展性，因此广泛应用于制备各种金属制品和合金材料。
分子晶体是由分子之间的分子间力所连接的晶体结构。
这种类型的晶体通常具有较低的熔点和硬度，因为分子间力较弱，并且易于熔化或分解。
分子晶体在自然界中广泛存在，如冰、石蜡和有机化合物等，也用于制备药品、颜料和香料等。
纳米晶体是由纳米尺度的颗粒所组成的晶体结构。
纳米晶体通常具有特殊的物理化学性质，如量子大小效应、表面效应和量子隧穿效应等。
纳米晶体在材料科学和纳米技术中具有重要的应用价值，如纳米材料、纳米传感器和纳米催化剂等。
总结起来，晶体可以分为离子晶体、共价晶体、金属晶体、分子晶体和纳米晶体五种类型。
每种类型的晶体都具有独特的结构和性质，广泛应用于材料科学、化学工程、电子工程和生物医学等领域。
随着科学技术的不断发展，晶体的研究和应用将会得到进一步的推进和拓展。
金属纳米结构表面等离激元共振现象及其应用前景
金属纳米结构表面等离激元共振现象及其应用前景随着纳米科技的迅猛发展，金属纳米结构表面等离激元共振现象引起了广泛的关注和研究。
等离激元共振是一种特殊的电磁现象，当光波与金属纳米结构表面相互作用时，激发了金属电子与光子之间的相互作用，产生了共振现象。
这一现象不仅在光学、电子学等领域具有深远的影响，还在传感器、光子学和光电子学等领域有着广泛的应用前景。
首先，金属纳米结构表面等离激元共振现象在光学领域具有重要意义。
由于等离激元共振现象的存在，金属纳米结构表面能够实现超聚焦效应，将光波聚焦到远远小于光波波长的尺度，从而实现了超分辨率成像。
这对于光学仪器和设备的性能提升具有重要作用，可以突破传统光学的分辨率限制，为生物学、医学等领域的研究提供了全新的思路和方法。
此外，等离激元共振现象还可以用于光学传感器的设计和制备，用以检测微小分子、生物体或环境污染物，具有高灵敏度和高选择性，可以为环境监测和医学诊断等领域提供准确可靠的检测手段。
其次，金属纳米结构表面等离激元共振现象在电子学领域也具有重要的应用。
金属纳米结构可以通过调控其形状和尺寸来实现等离激元共振的调控，从而实现对电子传输的控制。
这可以用于提高电子器件的性能，例如光电器件、传感器和晶体管等。
此外，等离激元共振现象还可以用于开发新型的光电子器件，如等离激元太阳电池、等离激元激光器等。
这些新型器件具有高效转换、高灵敏度等优点，能够为能源和通信领域带来全新的技术突破。
另外，金属纳米结构表面等离激元共振现象在材料科学领域也具有广阔的应用前景。
等离激元共振可以通过调控金属纳米结构表面的形状、尺寸和组合方式，来实现对光学、电学和磁学性质的调控。
这为设计和制备新型功能材料提供了全新的思路和方法。
例如，可以利用等离激元共振现象来调控纳米颗粒的荧光性能、磁性性能或者催化性能，从而打开了新型材料的设计和应用领域。
总之，金属纳米结构表面等离激元共振现象作为一种重要的电磁现象，在光学、电子学和材料科学等领域具有广泛的应用前景。
电化学催化剂界面结构调控方法和应用
电化学催化剂界面结构调控方法和应用在过去几十年的研究中，电化学催化剂已被广泛应用于许多领域，包括能源转换、电化学合成和环境治理等。
然而，催化剂的催化效能往往受到其特定的界面结构和原子尺度上的结构调控所限制。
因此，寻找一种有效的方法来调控催化剂的界面结构对于提高催化剂的性能至关重要。
本文将介绍几种常见的电化学催化剂界面结构调控方法，并探讨其在实际应用中的潜力。
首先，一种常见的电化学催化剂界面结构调控方法是通过控制催化剂的晶面表面形貌来实现。
晶面表面形貌的调控可以通过改变合成条件、添加表面活性剂、调整溶液的pH值和控制沉积速率等方法来实现。
研究表明，不同的晶面表面形貌具有不同的电子结构和化学活性，因此能够显著影响催化剂的性能。
例如，金属纳米晶体的(111)晶面具有较高的催化活性和稳定性，因此在氧还原反应和氢氧化物的析氧反应中被广泛应用。
其次，催化剂的界面结构还可以通过控制催化剂和载体之间的相互作用来实现调控。
催化剂的载体可以是纳米颗粒、多孔材料或单层材料等。
研究表明，载体可以提供活性位点、增加催化剂的稳定性和改善催化剂的重新活化能力。
此外，通过调整催化剂和载体之间的界面结构，可以实现催化剂的高分散度和高表面积，从而提高催化剂的催化活性和选择性。
例如，一些研究表明，将金属纳米颗粒负载在碳材料或氧化物载体上可以有效地提高催化剂的氧还原反应性能。
另外，电化学催化剂的界面结构还可以通过合金化、掺杂和表面修饰等方法来实现调控。
合金化是将两种或多种不同的金属元素混合在一起，形成新的合金材料。
合金化可以调节催化剂的晶格结构、表面电子结构和原子尺度的相互作用，从而提高催化剂的活性和稳定性。
掺杂是将杂质原子引入催化剂中，以改变催化剂的电子结构和化学活性。
表面修饰是通过在催化剂表面引入功能化基团或修饰剂来改变催化剂的活性中心和表面化学环境。
以上这些方法都可以通过调控催化剂的界面结构来改善催化剂的性能。
最后，催化剂界面结构调控方法的实际应用包括能源转换、电化学合成和环境治理等方面。
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金属纳米晶体的表面与其催化效应沈正阳(浙大材料系1104 3110103281)摘要：概括纳米材料的表面与界面特性，从金属纳米晶体表面活性与结构介绍其的催化性能，简要概述金属纳米晶体形状与晶面的关系以及金属纳米晶体的成核与生长。
关键词：纳米金属；表面活性；催化；高指数晶面1.纳米材料的表面与界面纳米微粒尺寸小，表面能高，位于表面的原子占相当大的比例。
由于表面原子数增多，原子配位不足及高的表面能，使这些表面原子具有高的活性，极不稳定，很容易与其他原子结合。
强烈的表面效应，使超微粒子具有高度的活性。
如将刚制成的金属超微粒子暴露在大气中，瞬时就会氧化，若在非超高真空环境，则不断吸附气体并发生反应。
[1]纳米晶体是至少有一个维度介于1到100纳米之间的晶体。
纳米材料主要由晶粒和晶粒界面2部分组成，二者对纳米材料的性能有重要影响。
纳米材料微观结构与传统晶体结构基本一致，但因每个晶粒仅包含着有限个晶胞，晶格点阵必然会发生一定程度的弹性畸变，其内部同样会存在各种缺陷，如点缺陷、位错、孪晶界等。
纳米金属粒子的形状、粒径、颗粒间界、晶面间界、杂质原子、结构缺陷等是影响其催化性能的重要因素。
纳米材料中，晶界原子质量分数达15%~50%，晶界上的原子排列极为复杂，尤其三相或更多相交叉区，原子几乎是自由的、孤立的，其量子力学状态和原子、电子结构已非传统固体物理、晶体理论所能解释。
金属纳米晶体研究中，发现面心立方结构纳米金属如 Al、Ni、Cu 和密排六方结构Co都存在孪晶和层错缺陷，Cu纳米金属中存在晶界滑移。
2.金属纳米晶体的催化性能近年来，关于纳米微粒催化剂的大量研究表明，纳米粒子作为催化剂，表现出非常高的催化活性和选择性。
这是因为纳米微粒尺寸小，位于表面的原子或分子所占的比例非常大，并随纳米粒子尺寸的减小而急剧增大，同时微粒的比表面积及表面结合能迅速增大。
纳米颗粒表面原子数的增加、原子配位的不足必然导致了纳米结构表面存在许多缺陷。
从化学角度看，表面原子所处的键合状态或键合环境与内部原子有很大的差异，表面原子配位不全等导致表面的活性位置增加，以致纳米材料具有极高的表面活性和催化性能。
同时，就纳米粒子的表面形态而言，随着粒径的减小，表面光滑程度降低，形成了凸凹不平的原子台阶，这就增加了化学反应的接触面，从而提高了催化剂的有效利用率。
[2] 在催化反应方面，吸附是催化反应必经的阶段，包括物理吸附和化学吸附。
催化剂首先吸附1种或多种反应物分子，再使其在催化剂表面发生化学反应。
而纳米金属具有很大的表面，这些表面原子配位不饱和度较高，具有比常规材料更多的吸附能力。
从利于催化反应和吸附热的角度说，中等强度的吸附(中等吸附热)对催化最有利，因为太弱的吸附使反应分子改变很少，不易于分子活化和参与反应，而吸附太强，会生成稳定的中间化合物覆盖于催化剂表面而阻止反应进行。
多相催化反应是表面反应，催化剂作用的关键是其表面原子和反应分子之间的相互作用。
传统的金属催化剂中金属纳米粒子的分散度和表面原子结构很难得到控制，导致其活性位不均一，进而影响催化剂的催化性能。
随着纳米材料合成技术的发展，通过形状控制生长，人们可以成功制备以特定晶面为裸露晶面、尺寸均匀、形状单一的金属纳米晶体，如由{100}晶面包围形成的立方体形状，由{111}晶面包围形成的四面体形状等。
与传统的金属催化剂相比，这些具有特定裸露晶面的金属纳米晶体具有单一的表面原子排列结构，因而活性位更均一，以它们作为多相加氢催化剂，极有可能提高催化反应的活性和选择性。
[3]2.1金属纳米晶体表面的原子排列晶体中通过空间点阵任意三点的平面称为晶面，用密勒指数(hkl)表示。
绝大部分的金属属于面心立方(fcc)晶格，各晶面在球极坐标立体投影的单位三角形如图1.1所示。
三个顶点分别代表(111)，(100)，(110)晶面，它们被称为基础晶面(或者低指数晶面)；其它晶面则被称为高指数晶面h，k，l最少有一个大于l)，它们位于三角形的三条边([001]，[110]和[011]三条晶带)和三角形内部。
位于三角形的三条边上的晶面也被称为阶梯晶面。
Pt单晶的基础晶面和一些典型高指数晶面的原子排列模型如图1.2所示：(111)和(100)晶面最平整，原子排列紧密，表面没有台阶原子；其它晶面的结构较开放，都含有台阶或扭结原子。
这些晶面上的原子配位数存在很大差异：(111)晶面上的原子配位数为9；(100)晶面为8；(110)，(331)和(511)晶面上台阶原子的配位数均为7；(310)晶面上台阶原子配位数最少，仅为6。
配位数越少的原子，越倾向于结合其它物质，化学活性越高。
[3]2.2 高指数晶面的催化活性各晶面的表面能顺序为：高指数晶面>>{110}>>{100}>{111}，因此所制备的金属纳米粒子大多为表面能较低的{111}和夏100}晶面围成的形状。
如果在晶体生长过程中加入某些添加剂(表面活性剂或聚合物等)，使其对某些晶面产生择优吸附，则可以改变表面能顺序，从而实现纳米晶体的形状控制合成。
与(100)(111)基础晶面相比，高指数晶面含有高密度的台阶原子及扭结位原子，这些原子的配位数(CN=6，7)较少，化学活性高，很容易与反应物分子相互作用，打断化学键，成为催化活性中心。
因此，高指数晶面的反应活性普遍高于低指数晶面。
如对于庚烷芳香化合成甲苯，Pt(775)的催化活性比Pt(111)晶面高20倍；Pt(10，8，7)，Pt(755)晶面上异T烷氢解的速度是Pt(l00)和Pt(111)的4倍。
虽然高指数单晶表面具有很高的催化活性和稳定性，但是金属单晶价格昂贵，比表面积很小，不可能作为实际催化剂。
因此制备高指数晶面结构的金属纳米粒子是显著提高其催化活性和稳定性的关键。
事实上，传统催化剂中的金属纳米粒子本身就存在类似于高指数晶面上的台阶或扭结原子，这些原子处于纳米粒子的棱角和表面缺陷等位置，其配位数也很少，通常成为催化活性中心。
但绝大部分的表面原子依旧为(111)(100)表面位，这些原子的配位较饱和，催化活性较低。
显然通过形状控制合成，制备由高指数晶面围成的纳米粒子是提高催化活性的有效途径。
此外，通过覆盖和暴露不同的原子表面，可以选择性的增强对于催化不同物质的敏感程度。
例如，Pt可以选择性地催化不同类型的化学反应，{100}和{210}面分别是对于H 2和CO的催化最活跃的反应面。
当然，在这个方面，所暴露的表面与纳米晶体的形状有强烈的相关性。
[3]3.晶体形状与生长纳米晶体的形状与晶面有着密切的关系，对于fcc金属，由基础晶面围成的多面体形状比较简单，{111}晶面围成正八面体，{100}晶面围成立方体，{110)晶面围成菱形十二面体。
由高指数晶面围成的多面体形状比较复杂，在立体几何学上归属于Catalan固体，或Archimedean对偶体。
另外，同一晶面依据对称性可以围成不同形状的多面体，如{111}晶面，按oh点群围成八面体；若按Td点群，则围成四面体。
除此之外，有时一个晶体的棱或者角会被另外一种晶面截取，形成截角形状。
晶体的形成过程可分为两个步骤，即成核和生长。
当溶液的饱和度超过一个临界值(即临界过饱和度)时，便会形成晶核：当晶核的尺寸大于临界尺寸时，其吉布斯自由能的变化值超过表面能，晶核便逐渐长大形成晶体。
晶体外形主要受晶体生长的热力学、动力学以及颗粒的团聚程度等影响。
各晶面的表面能顺序为：高指数晶面>>{110}>>{100}>{111}，因此所制备的金属纳米粒子大多为表面能较低的{111}和{100}晶面围成的形状。
如果在晶体生长过程中加入某些添加剂(表面活性剂或聚合物等)，使其对某些晶面产生择优吸附，则可以改变表面能顺序，从而实现纳米晶体的形状控制合成。
溶液相化学还原法是制备金属纳米粒子最常用的一种方法。
它一般是在金属盐溶液中加入还原剂，使金属离子还原生成金属纳米粒子。
为了实现形状控制，溶液中通常要加入适当的表面活性剂或者其它添加剂，通过晶面择优吸附或者选择性地刻蚀晶面，调控各晶面相对生长速度，同时防止金属纳米粒子的团聚。
常用的添加剂有PVP、CTAB)、SDS、TTAB以及一些具有刻蚀作用的无机物如Fe3+、O2、Cl-、Br-等。
通过改变金属前驱体和添加剂的浓度和相对比例以及金属离子还原速度，就可实现对金属纳米粒子的形状和表面结构的控制。
[2]如图1.3所示就是Au纳米晶体在PVP修饰剂下的生长。
[4]4.总结纳米材料因具有小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等，表现出不同于常规材料的催化特性。
相对于普通金属催化剂，纳米级(1~100nm)金属粒子作为催化剂有更大的表面活性，能一定程度提高反应效率，控制反应速度，优化反应路径。
近年来，关于纳米微粒催化剂的大量研究表明，纳米粒子作为催化剂，表现出非常高的催化活性和选择性。
这是因为纳米粒子尺寸小，表面原子所占的百分数大，表面的键态和电子态与颗粒内部不同，表面原子配位不全等导致表面的活性位置增加，这就使它具备了作为催化剂的基本条件。
同时，就纳米粒子的表面形态而言，随着粒径的减小，表面光滑程度降低，形成了凸凹不平的原子台阶，这就增加了化学反应的接触面，从而提高了催化剂的有效利用率。
[2]此外，在其他应用方面，纳米晶体的电子约束提供了大多数有效的手段来操纵电子、光学、和磁性固体材料。
这一概念解释了为什么纳米晶体已经成为发现和研究量子尺寸效应的主要来源，包括量子化的激发，库仑封锁，金属绝缘体过渡，和超顺磁性。
其中，金属纳米晶体已应用于许多范围，包括电子产品，摄影，和信息存储等等。
而对于金属光子学、传感、成像和医学等领域的新的应用，也在不断发展。
但是，值得注意的是，大部分的这些应用对于纳米晶体形貌以及表面与界面都有着不同的需求。
[4]参考文献[1]材料表面与界面. 浙江大学材料与工程学系[2]李茸，刘祥萱，王煊军. 纳米金属催化机理. 化学推进剂与高分子材料，2007[3]田娜. 高指数晶面结构Pt_Pd纳米催化剂的电化学制备与性能. 厦门大学博士学位论文，2007[4]Younan Xia，Yujie Xiong， Byungkwon Lim， and Sara E. Skrabalak. Shape-Controlled Synthesis of Metal Nanocrystals：Simple Chemistry Meets Complex Physics?，2009。