北京理工大学，最新Nature子刊，金属气凝胶“标准化”合成方案！

高分子科学前沿 · 公众号 · 化学 · 2025-06-12 08:11

主要观点总结

该文章介绍了贵金属气凝胶（NMAs）的制备方法和应用。NMAs融合了金属纳米颗粒的物理化学特性与三维多孔结构的自支撑优势，在电催化、传感、表面增强拉曼等领域具有巨大潜力。文章详细描述了北京理工大学贺志远教授和杜然教授团队在常温条件下，利用常见盐和还原剂实现NMAs可控合成的方法。该策略可快速合成具有可调节骨架尺寸和元素分布的NMAs，并展示了其在电催化应用中的优异性能。文章还介绍了NMAs的制备流程、各步骤的详解、不同合成方法的比较、以及其在电催化中的表现。

关键观点总结

关键观点1: NMAs的潜力与合成挑战

NMAs因其在电催化等领域的巨大潜力而受到关注。然而，其组装过程常面临可控性与可重复性挑战。

关键观点2: 常温下的可控合成方法

北京理工大学贺志远教授和杜然教授团队，在常温条件下，利用常见盐和还原剂实现了NMAs的可控合成。该策略确保实验可重复性，并展示了多种单组分和多组分NMAs的制备过程、结构表征及其电催化应用。

关键观点3: 详细的合成步骤与结构调控

文章提供了详细的合成步骤，包括制备贵金属纳米粒子、加盐诱导凝胶化、得到贵金属水凝胶，最后冷冻干燥得到贵金属气凝胶的过程。通过调整反应物的加入方式和种类，可精确控制NMAs的筋尺寸和元素分布。

关键观点4: NMAs的电催化性能

贵金属气凝胶因其自支撑的三维导电网络结构和丰富的活性位点，具有高的催化活性和稳定性。在乙醇氧化反应、析氧反应和析氢反应中，NMAs表现出优异的电催化性能。

关键观点5: 快速制备方法与成分拓展

研究通过引入扰动等手段大大加快了凝胶化进程。此外，通过盐介导方法，可以合成种类丰富的贵金属气凝胶，包括多种单金属和多金属气凝胶，为发现新材料性质提供了广阔的平台。

正文

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制作方法概述

该方法主要包括三个步骤：先制备贵金属纳米粒子（ NP）溶液，再通过加盐诱导凝胶化生成贵金属水凝胶（NMH），最后冷冻干燥得到贵金属气凝胶（NMA）。如图2所示，以金气凝胶为例，使用NH ₄ F或NaBH ₄ 作为引发剂、柠檬酸钠为配体，全程在室温下完成。作者采用“两步法”合成NMHs，先还原金属前驱体形成NP溶液，再一次性加入盐类促使凝胶化。通过调整反应物的加入方式，还可制得如核壳结构等具有特殊元素分布的NMAs。此外，研究还展示了这些NMA在电催化中的应用，如乙醇氧化、析氧反应和析氢反应。所有实验至少重复三次，以确保结果具有可重复性。

图2：NMA合成程序和基本机制

合成 NMH s

如图 3a–c所示，NaBH ₄ 在不同还原剂与金属摩尔比（R/M）下可依次作为还原剂、配体和引发剂使用，特别是在R/M > 50时展现出强烈的凝胶诱导能力（图3d），是一种适用于金属体系的高效溶胶-凝胶方法。在此策略中，采用NaBH ₄ 作为引发剂，可通过一步法或两步法在室温下合成贵金属水凝胶（NMH）。一步法是直接在含有金属盐和配体的溶液中加入过量NaBH ₄ ，引发凝胶形成；而两步法则是先制备胶体纳米粒子，再用NaBH ₄ 使其失稳形成凝胶。作者在文中以金体系为例，详细介绍了较为复杂的两步法操作流程。

图3：含过量 NaBH 4 的 Au 水凝胶的合成

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