【摘要】 对于金属氧化物，表面能随着悬挂键密度的增加而增加。

纳米材料在当今现代社会具有极其重要的意义。长期以来，化学工业、环境保护和新能源（如燃料电池、锂离子电池）的发展一直依赖于具有特殊性能的纳米材料。催化、电催化、光催化和光电领域都是纳米技术对当前科学产生影响的例子。随着颗粒尺寸向纳米级减小，表面体积比成比例增加，与纳米颗粒相关的小尺寸效应变得更加明显。了解表面位点的纳米级形貌，如阶地、台阶、扭结、吸附原子和空位，以及它们对催化和其他物理化学性质的影响，是通过纳米技术设计纳米级功能材料的关键。

 

对于金属氧化物，表面能随着悬挂键密度的增加而增加。通常，高能表面具有开放表面结构，并具有特殊的性能。N. P. Lebedeva等人[1]提出表面科学的长期基础研究表明，具有开放表面结构的Pt高指数平面表现出比（111）或（100）低指数平面高得多的反应性，因为高指数平面具有位于台阶和扭结上的低配位原子的大密度，具有高催化活性所需的高反应性。更重要的是，在高指数平面上，存在被认为是活性位点的短程空间位（如“chair”位点），由几个（典型的5-6个）台阶原子和阶地原子的组合组成。

 

N.Tian等人[2]说明了对于fcc金属（如Pt、Pd和Au），单位立体三角形（图1）通常用于说明不同晶面的坐标。三角形中的三个顶点表示三个低折射率平面，即（111）、（100）和（110）。位于边线和三角形内部的其他平面是高索引平面。三个边线表示[001]、[011]和[110]晶体学区，相应的Miller指数可以表示为{hk0}、{hkk}和{hhl}}。三角形内部的平面可以表示为{hkl}。图1还说明了几个典型平面的原子排列模型。显然，原子排列与米勒指数高度相关。（111）和（100）平面是原子平坦的，具有紧密堆积的表面原子，并且表面原子的CNs分别为9和8。（110）平面和高折射率平面具有具有低配位台阶或扭结原子的开放表面结构。{hkk}、{hhl}和（110）平面上的台阶原子具有相同的CN7，而{hk0}和{hkl}平面上的扭结原子具有最低的CN6。通常，那些具有高原子密度且CNs为6和7的表面具有非常高的反应性。

 

图1 fcc金属单晶的单位立体三角形和表面原子排列模型

 

与晶面的单位立体三角形类似，存在一个由相应晶面界定的多面体纳米晶体三角形（图2）。1位于三个顶点的纳米晶体的形状为具有{111}的八面体、具有{100}的立方体和具有{110}的菱形十二面体。位于三角形三条边上的多面体纳米晶体是由24个高折射率小平面限定的多面体：由{hk0}限定的四面体（THH）、由{hkk}限定的梯形和由{hhl}限定的三面体。三角形内的多面体是由48个{hkl}面界定的六面体。显然，以高折射率刻面为界的多面体具有非常规和复杂的形状。为了快速识别它们，THH可以被认为是一个立方体，每个面都有一个方形金字塔；三八面体可以被认为是一个八面体，每个面都有一个三棱锥，等等。

 

图2 由不同晶面界定的多面体纳米晶体的单位立体三角形

 

[1] N. P. Lebedeva, M. T. M. Koper, J. M. Feliu and R. A. van Santen, J. Phys. Chem. B, 2002, 106, 12938.

[2] N. Tian, Z. Y. Zhou and S. G. Sun, J. Phys. Chem. C, 2008, 112, 19801.

 

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