北京时间11月27日清晨，北京理工大学杜然教授、张磊宁教授协作在Matter期刊上宣布了一篇题为“Manipulating multimetallic effects: Programming size-tailored metal aerogels as self-standing electrocatalysts“的研讨效果。该效果报导了一种依据多金属效应的凝胶组成新策略，经过在溶胶-凝胶进程中引进辅佐金属，完成了对MAs的溶胶-凝胶进程（沉降速率）和特征尺度 （）的准确调控。此外，依据金属共同的重力驱动沉降的凝胶行为，该团队开发了一种非损坏性电催化剂制备办法，取得凝胶结构完好的高功能电催化剂。

  金属气凝胶（Metal Aerogels, MAs）是一类完全由金属纳米结构构筑的新式多孔资料，兼具气凝胶的大比外表积和金属的高催化活性，因而在电催化、储能等范畴展现出宽广使用远景。与单金属气凝胶比较，多金属气凝胶（Multimetallic Metal Aerogels, MMAs）因其多金属协同效果所带来的性质可调、多功能性等优势，成为研讨热门。但是，大都研讨一般简略地一步复原多种混合金属盐溶液来制备MMAs，无法调控溶胶-凝胶进程和气凝胶微观结构（如特征尺度，dL）。此外，当时多金属效应的研讨多局限于电催化功能优化，缺少对溶胶-凝胶进程中效果机制的研讨。在使用方面，传统滴铸法在制备MAs基电催化剂时，需经过超声处理MAs墨水以进步分散性。但是，声波对凝胶网络的损坏会导致显着的功能阑珊。

  为此，北京理工大学杜然教授团队与张磊宁教授团队协作，提出了一种依据多金属效应的凝胶组成新策略。经过在溶胶-凝胶进程中引进辅佐金属（1种或多种），调控构成的金属聚集体的均匀密度（ab）和金属间的原子半径（ra）失配度，完成了对MAs的溶胶-凝胶进程（沉降速率）和特征尺度 （dL, 6.01.0nm～68.615.0nm）的准确调控。该办法适用于其他贵金属系统（如银（Ag））和非贵金属系统（如铜（Cu）），这也标志着初次完成了对非贵金属系统dL的准确调控。此外，依据金属共同的重力驱动沉降的凝胶行为，该团队开发了一种非损坏性电催化剂制备办法，取得高功能甲醇（MOR）/乙醇氧化反响（EOR）电催化剂（组成成分为Au50Pt50）。

  据从前作业（Sci. Adv. 2019, 5, eaaw4590.）所提出的重力驱动凝胶模型可知，金属聚集体沉降进程速率与其密度呈正相关（图1）。但是，因为单金属系统的金属密度仅有，无法验证该模型的可靠性及普适性。为处理该难题，团队以Au系统为例，经过精心规划辅佐金属品种及含量，完成金属聚集体的ab在15.04～20.15g cm-3准确调控。进一步，使用原位紫外吸收光谱表征手法，对溶胶-凝胶进程的凝胶速率（沉降速率）进行表征。依据成果得出，沉降速率与ab呈正相关，成功验证重力驱动凝胶模型的可靠性及普适性。因为沉降进程是金属聚集体在容器底部富集并引发凝胶化的先决条件，故可完成凝胶速率的准确调控。

  此外，团队发现辅佐金属的引进可完成对dL的调控（图2）。以Au气凝胶为例，仅经过引进1at.%的镍，即可将Au气凝胶的dL从43.99.0nm下降至9.61.2nm，较传统办法（需求很多盐（～100mM）或配体（～2mM））更为绿色、高效。为探究其效果机理，团队对dL与多种参数的关联性做多元化的剖析。成果发现，dL与辅佐金属与主金属之间的ra失配度呈负相关。结合晶体成长模型剖析可知，因为单组分系统晶体结构匹配，新的原子倾向于外延沉积在已构成的金属网外表，然后使dL添加。而引进与主金属ra不匹配的辅佐金属构成的晶格歪曲，显着进步部分金属外表的化学势，然后调控新原子的成长形式从Frankvan der Merwe形式（逐层成长）向VolmerWeber形式（岛状成长）改变，导致更多分支的构成，从而显着下降dL。依据上述机制，进一步规划辅佐金属的品种和含量，可将dL下降至6.01.0nm。

  比较于传统滴涂法，选用非损坏性办法所制得的凝胶电催化剂具有愈加优异的功能（图3）。以Au50Pt50系统为例，经过重力驱动凝胶化的办法，原位在碳纸上取得了金属凝胶薄膜。测验标明，其在甲醇/乙醇氧化反响（MOR, EOR）质量活性比较市售铂/碳（Pt/C）催化剂别离进步了21.8和17.0倍，且～2倍于超声辅佐制备的凝胶催化剂。该功能提高的原因首要在于非损坏性办法极大程度上保留了气凝胶完好的3D网络，显着提高了电催化剂的高效的物质/电子传输及电催化稳定性。

  该作业提醒了多金属效应在凝胶组成进程中的效果机理，为调控多金属系统溶胶-凝胶进程及MAs微观结构供给了新的思路，并为高功能凝胶基电催化剂规划供给了新方向。（来历：科学网）