银纳米团簇AgNCs 催化性能的提高
瑞禧生物2025-07-22   作者:ws   来源:
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银纳米团簇(Silver Nanoclusters,简称 AgNCs)是由几个到几百个银原子组成的、尺寸通常小于 2 纳米的纳米级聚集体。与传统的银纳米颗粒(尺寸多在 1-100 纳米)相比,AgNCs 因尺寸接近电子费米波长,表现出量子尺寸效应、光学特性和化学活性,在生物成像、传感、催化、药物递送等领域具有重要应用潜力。

 

一、修饰表面配体,暴露活性位点

减少配体覆盖度

配体虽能稳定 AgNCs,但过度包裹会阻塞表面活性位点(如 Ag⁰原子或 Ag⁺缺陷位)。

策略:

选用短链配体,降低空间位阻,增加活性位点暴露;

对配体进行部分脱附(如通过 pH 调节、光照或热处理),在保持稳定性的前提下,释放更多催化位点。例如,将 PVP 保护的 AgNCs 在惰性气体中加热至 150℃,部分 PVP 分解后,表面 Ag⁰位点暴露量增加,对 CO 氧化反应的催化活性提升 。

引入功能性配体

选择具有协同催化作用的配体,通过电子效应或底物吸附增强催化性能:

含氨基、羧基的配体(如氨基硫醇)可通过氢键或静电作用吸附极性底物(如苯酚、硝基化合物),提高局部底物浓度;

具有电子给体性质的配体(如吡啶类)可向 AgNCs 转移电子,增强其对 O₂或 H₂O₂的活化能力(适用于氧化反应)。

 

二、构建复合结构,增强电子相互作用

与载体形成强相互作用(SMSI)

将 AgNCs 负载于载体(如金属氧化物、碳材料、石墨烯)表面,通过载体与 AgNCs 的电子转移优化催化活性:

金属氧化物载体(如 TiO₂、CeO₂):载体中的氧空位可向 AgNCs 提供电子,增强其对反应物的吸附(如 CO 在 Ag-TiO₂界面更易活化);同时,载体可稳定 Ag⁰价态,抑制氧化失活。

碳基载体(如石墨烯、碳纳米管):通过 π-π 堆积或共价键作用与 AgNCs 结合,促进电子转移,提升导电性(适用于电催化反应,如氧还原 ORR)。

形成合金或异质结

与其他金属(如 Au、Pd、Cu)形成合金纳米团簇(如 Ag-AuNCs)或异质结构(如 AgNCs@Pt),通过协同效应提升催化性能:

电子效应:例如 Ag 与 Pd 形成合金时,Ag 的电子向 Pd 转移,使 Pd 的 d 带中心下移,增强对反应物(如 H₂、O₂)的吸附活化能力,明显提升加氢反应效率。

双活性位点:AgNCs 表面修饰少量 Pt 原子,形成 “Ag 位点吸附-Pt 位点活化” 的协同机制,在甲醇氧化反应中催化活性提升 2 倍以上。

 

三、调控电子状态,增强反应活性

引入缺陷位点

AgNCs 的催化活性位点多位于表面缺陷(如空位、台阶位、低配位原子),通过以下方式增加缺陷密度:

氧化还原处理:在 H₂/Ar 气氛中退火,或通过等离子体刻蚀(如 Ar⁺等离子体),诱导 Ag 原子重排,形成表面空位;

掺杂非金属元素:向 AgNCs 中掺杂 N、P 等元素,破坏晶格对称性,产生电子缺陷,增强对反应物的吸附能力。

构建核壳结构

以 AgNCs 为核,包覆薄壳层(如金属氧化物、碳),通过核壳间电子转移调控 Ag 的价态:

包覆 TiO₂壳层时,TiO₂的光生电子向 Ag 转移,使 Ag 保持低价态(Ag⁰),增强其还原能力(适用于硝基化合物加氢反应);

包覆 MnO₂壳层时,MnO₂的氧化能力可使 Ag 部分氧化为 Ag⁺,提升其对烯烃环氧化反应的催化活性。

 

四、优化载体与界面效应

选择高比表面积载体

载体的比表面积直接影响 AgNCs 的负载量和分散性。

纳米片载体(如 g-C₃N₄纳米片)的二维结构可缩短反应物扩散路径,提升催化效率。

增强载体与 AgNCs 的相互作用

通过载体表面改性(如引入羟基、氨基),使 AgNCs 与载体形成化学键(如 Ag-O 键、Ag-N 键),抑制团簇迁移和团聚,同时调控电子转移:

羟基化的 Al₂O₃载体与 AgNCs 形成 Ag-O-Al 键,使 Ag 的电子密度降低,更易吸附并活化 O₂分子,明显提升 CO 氧化活性。

 

名称:银纳米团簇AgNCs

产品规格:mg/g
纯度:95%+

保存方式:-20℃以下,避光,防潮

保质期限:12个月

用途:科研
温馨提示:仅用于科研,不能用于人体

图: