北理工最新《Nature》子刊：金属气凝胶“标准化”合成方案！

近日，北京理工大学杜然教授团队和贺志远教授课题组合作，在金属气凝胶可控制备方面取得重要进展，相关成果以“Controlled synthesis of noble metal aerogels mediated by salts”为题在国际顶级期刊《Nat. Protoc.》发表（DOI: 10.1038/s41596-025-01185-1）。北京理工大学材料学院2022级博士生翁蓓蓓为第一作者，杜然教授、贺志远教授为论文共同通讯作者。

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https://doi.org/10.1038/s41596-025-01185-1

贵金属气凝胶（NMAs）于2009年首次亮相，通常由金属纳米颗粒组装而成，结合了纳米结构金属的物理化学特性（如高导电性、催化活性等）和气凝胶的自支撑多孔结构，是一类备受关注的新型材料。NMAs在多个领域显示出潜力，包括（电）催化、纳米酶、传感、自驱动和表面增强拉曼散射等。尽管前景广阔，但NMAs受控合成仍具有挑战性，因此很难实现高性能应用的目标设计。这主要源于金属和传统凝胶体系在溶胶-凝胶过程中存在巨大差异，NMAs的制备不能简单套用其他凝胶体系的经验。

在过去数年间，课题组在NMAs领域进行了一系列原创性探索。基于对不同种类盐（如普通无机盐、还原性盐、贵金属盐、离子液体等）与金属物种相互作用模式的理解，发展了多种盐介导的可控制备方法（Sci. Adv. 2019, 5, eaaw4590., Nat. Commun. 2020, 11, 1590., Matter 2020, 2, 908-920., J. Mater. Chem. A 2021, 9, 17189-17197, Matter 2025, 8, 101905., Adv. Funct. Mater. 2025, 2504385），实现了NMAs化学组成、特征尺寸（从<5 nm到>100 nm）、元素分布的可控调节与快速制备。

首先，文中展示了以NH4F或NaBH4为引发剂、柠檬酸三钠二水合物（NaCA）为配体制备金气凝胶的整个过程和相应机制。1）通过还原相应的金属盐制备金属NP溶液；2）通过添加普通盐从NP溶液中制备NMH。选择适当的盐类作为引发剂是该方法的核心。盐的加入可以同时诱导盐析效应和金属NPs的融合，促进NPs定向组装成结构可控的自支撑凝胶（图1）。

图1 贵金属气凝胶合成过程和基本机理。

NMA的特征尺寸是决定其性能的最重要参数之一。文中通过采用不同的盐作为引发剂和引入不同的配体两种途径来调节Au气凝胶的特征尺寸大小（图2）。

图2 Au气凝胶特征尺寸调控。

通过设计投料方式，可以调整多组分NMA的元素分布。例如，通过先共还原和后引发制备的Au-Pd凝胶显示出随机分布的Au和Pd。相比之下，采用动态成壳法（dynamic shelling approach）则可获得Au-Pd核壳结构气凝胶（图3）。

图3 快速制备元素可控的Au-Pd气凝胶。

NMA基电催化剂在提供具有高导电性和丰富活性位点的连续自支撑3D网络方面具有优势，从而提供高活性和高稳定性。文中以乙醇氧化反应为例指出NMA的优异电催化性能（图6）。

图4 电催化乙醇氧化反应。

综上，系统讲述了盐介导的NMAs制备方法与步骤，实现了在室温下快速制备组成、特征尺寸、元素分布可调的多种NMAs，为这一新兴材料的基础与应用研究奠定了坚实基础。

本文来自：北京理工大学