電催化涉及了眾多與能源有關的重要過程，例如燃料電池的氧還原反應（ORR），綠色產氫的析氫反應（HER）和金屬-空氣電池的析氧反應（OER）。貴金屬氣凝膠（NMAs）結合了金屬和氣凝膠的特徵，已經成為一類具有出色催化性能的新型電催化劑。然而，需要數小時甚至數週的緩慢製備方法嚴重阻礙了這些多孔材料的發展。此外，在NMA中，貴金屬的獨特光學性質（如等離子體共振）也一直被忽略，從而限制了其在電催化方面的優異潛在性能。
近日，德累斯頓工業大學的杜然博士後發展了一種非常規的新型快速膠凝策略，即在凝膠化過程中原位引入擾動場以促進物質運輸並誘導加速反應動力學，在去除干擾場後，所得的凝膠碎片可以利用自癒合性能重新組裝為整體。在不影響凝膠微觀結構的情況下，這種方法可以使膠凝過程在室溫下1-10分鐘內發生（比傳統的方法快了兩到三個數量級），而且相關機制也得到了蒙特卡洛模擬（MC模擬）的支持。此外該擾動方法具有很好的普適性，可以擴展到搖動和鼓泡等其他方法，並且適用於不同組分，如金（Au）、鈀（Pd）、銠（Rh）、金-鈀（Au-Pd）、金-鈀-鉑（Au-Pd-Pt）以及不同形態如核-殼結構或均質結構。
利用貴金屬的光學和催化活性相結合的優勢，作者以乙醇氧化反應（EOR）為模型來證明NMAs的光電催化性能。對比市售鈀/碳（Pd/C）催化劑，通過光照，NMAs的活性提高了45.5%，得到的電流密度提高了7.3倍。該方法為貴金屬凝膠及其他系統面向基礎和應用的研究開闢了新的空間。該研究成果以題為“Disturbance-Promoted Unconventional and Rapid Fabrication of Self-Healable Noble Metal Gels for (Photo-)Electrocatalysis”的論文發表在《Matter》上。該論文被phys.org以“A milestone in ultrafast gel fabrication from unconventional self-healing noble metal gels”為題報道，被評價為超快凝膠製備中的里程碑。
圖1. 擾動促進金凝膠快速製備的演示和表徵。（A）NH4F誘導的金納米顆粒溶液（0.2 mM，10 mL，左）的擾動促進凝膠化過程的照片及相應的氣凝膠（右）。（B）擾動45 s後形成的金聚集體的光學顯微鏡圖像。（C和D）獲得的金氣凝膠的SEM圖和TEM圖。（E）在600 rpm下攪拌0,10,30,60,90和120 s的金納米粒子溶液的膠凝過程。（F）在600 rpm下攪拌0,45和120 s時，膠凝體系在510 nm處獲得的延時UV-vis吸收強度。（G）文獻中以及這項工作中報告的貴金屬凝膠的膠凝時間總結與初始金屬鹽濃度（cM）的關係。
圖2. 擾動促進膠凝的機理。（A）在不同環境中（未攪動、攪動2分鐘、振動20 s、氮氣鼓泡2分鐘），金納米粒子溶液的穩定性被NH4F破壞的照片。（B）通過手搖0,3,10,30 s促進金納米粒子溶液膠凝過程的延時照片。（C和D）擾動促進膠凝的模型以及在此過程中自修復性能和干擾環境的作用。（E-G）不同干擾環境下的MC模擬（模擬不同的最大步長）。（E）形成單一聚集體所需步數的分佈。（F）5000MC步數後形成聚集體的數目。（G）在15000MC步數後聚集體的迴轉平均半徑。
圖3. 擾動促進膠凝的普遍性。（A-C）不同金屬膠的擾動促進膠凝。（A）由NaCA穩定的金納米粒子溶液在NaBH4引發下的膠凝過程，cM為0.02 mM至5.0 mM。（B）由不同配體穩定的金納米粒子溶液在NaBH4引發下的膠凝過程（cM= 0.2 mM）。（C）由NaCA穩定的金納米粒子溶液在不同引發劑下誘導的膠凝過程（cM= 0.2 mM）。（D-I）不同組分的NMAs。（D）Ag，（E）Pd，（F）Rh，（G）Au-Ag，（H）Au-Pd，（I）Au-Pt。（J-M）多金屬氣凝膠（J）Au-Pd（K）Au-Rh（L）Au-Pd-Pt（M）Au-Pt核殼結構的能量色散X射線映射。
圖4. NMAs在電催化和光電催化中的應用。（A）EOR與市售各種氣凝膠催化劑的電催化性能。（B）總結了各種催化劑的If和If/Ib。Au-Pt-cs表示核殼結構的Au-Pt氣凝膠，後綴“L”表示該測試在133.6 mW cm-2的白光照明下進行。（C）Au-Pd-Pt氣凝膠的If依賴於輸入光功率密度。（D）在計時電流法測試過程中，在Au-Pd-Pt氣凝膠電極上的光響應行為。所有測試均在氮氣飽和的1.0 M氫氧化鉀和1.0 M乙醇水溶液中進行。
https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S2590238520300023
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