漢諾威萊布尼茲大學Dirk Dorfs教授團隊制備了由貴金屬納米粒子制成的無添加劑冷凍氣凝膠涂層，并進行了電化學研究。通過使用液氮或異戊烷作為冷卻介質(zhì)，為每種類型的貴金屬納米粒子創(chuàng)建了兩個不同的超結構。與簡單固定，密集堆積的納米粒子相比，這些材料（由相同數(shù)量的粒子制成）具有出色的形態(tài)和催化性能。用掃描電子顯微鏡（SEM）研究所有材料的形態(tài)。電化學活性表面積（ECSA）由循環(huán)伏安法測量得出。研究了乙醇氧化反應（EOR）的催化活性。對于通過冷凍氣凝膠法制備的超結構材料，發(fā)現(xiàn)兩者均增加。此外，由異戊烷冷凍產(chǎn)生的具有細胞至樹突狀結構的冷凍氣凝膠顯示出最佳的催化性能和最高的ECSA。此外，作為一類新型材料，冷凍水凝膠是通過解凍速凍納米顆粒溶液而首次創(chuàng)建的。這些材料的結構和形態(tài)與相應的冷凍氣凝膠類型匹配，并通過SEM確認。甚至在EOR中的催化活性也與低溫氣凝膠涂層的結果一致。作為概念的證明，這種方法為輕松，快速地生產(chǎn)用于濕化學應用的冷凍凝膠材料提供了一個新穎的平臺。相關論文以題為Cryoaerogels and Cryohydrogels as Efficient Electrocatalysts發(fā)表在《Small》上。
圖1 冷凍膠凝的基本原理。從左到右：膠體納米顆粒溶液；冷凍膠體；冷凍氣凝膠。
圖2 a–c）金納米顆粒電極涂層的照片和d–i）SEM照片。左/黑：滴鑄和干燥的納米顆粒。中間/藍色：在-196°C下用液態(tài)N2冷凍的冷凍氣凝膠。右/紅色：在-160°C下用異戊烷冷凍的冷凍氣凝膠。
圖3 N2飽和KOH溶液（1 m）中貴金屬涂層的CV掃描速率為50 mV s-1。a）黃金。b）白金。c）鈀。d）ECSA對所有貴金屬涂層的比較。黑色：滴鑄和干燥的納米顆粒。藍色：在-196°C下用液態(tài)N2冷凍的冷凍氣凝膠。紅色：在-160°C下用異戊烷冷凍的冷凍氣凝膠。實線：正向掃描。虛線：反向掃描。
圖4 在含乙醇（1 m）的N2飽和KOH溶液（1 m）中以50 mV s-1的掃描速率對金涂層的質(zhì)量歸一化CV。a）黃金。b）白金。c）鈀。黑色：滴鑄和干燥的納米顆粒。藍色：在-196°C下用液態(tài)N2冷凍的冷凍氣凝膠。紅色：在-160°C下用異戊烷冷凍的冷凍氣凝膠。實線：正向掃描。虛線：反向掃描。
圖5 a）與金，鉑和鈀涂層相比，EOR中的質(zhì)量歸一化和b）ECSA歸一化活動。黑色：滴鑄和干燥的納米顆粒。藍色：在-196°C下用液態(tài)N2冷凍的冷凍氣凝膠。紅色：在-160°C下用異戊烷冷凍的冷凍氣凝膠。
圖6 在含有乙醇（1 m）的N2飽和KOH溶液（1 m）中以50 mV s-1的掃描速率對金冷凍凝膠和冷凍水凝膠的質(zhì)量歸一化CVs。藍色：冷凍氣凝膠，紫色：冷凍水凝膠，在196°C下用液態(tài)N2冷凍。紅色：冷凍氣凝膠，棕色：冷凍水凝膠，在-160°C下用異戊烷冷凍。實線：正向掃描。虛線：反向掃描。
圖7 在?196°C的溫度下，從液態(tài)納米N2中的金納米顆粒溶液中快速冷凍涂層后，從冷凍干燥的冷凍氣凝膠（上），融化和超臨界干燥的冷凍水凝膠（中）和常規(guī)干燥的冷凍氣凝膠（下）的SEM圖像。
圖8 在?196°C（左）的液態(tài)N2中或在?160°C（右）的異戊烷中快速冷凍，隨后解凍和超臨界干燥后，從無底物的金冷凝膠中得到的SEM圖像。
參考文獻：doi.org/10.1002/smll.202007908
