Buried Electrostatic Modulation Enables Size-Dependent Reactivity in Pd-Based Nanocatalysts
Tzu-An Chou, Hsiang-Yu Yu, Hui-Yun Lo, Yu-Ting Chen, Zhi-Wei Wang, and Hsin-Lun Wu
Chem. Sci., 2026, 17, 1688-1693
國立成功大學 化學系 吳欣倫副教授
本研究顛覆傳統對金屬奈米催化尺寸效應的理解。一般認為，當奈米粒子尺寸超過數十奈米後，其電子結構與費米能階（EF）將趨近塊材，催化活性亦隨之趨於飽和。然而，我們發現金（Au）奈米立方體即使在30奈米以上仍保有顯著且可切換的尺寸依賴性催化行為，而鈀（Pd）奈米立方體在相同條件下則幾乎不受尺寸影響。此差異源於兩者本質電子結構的不同：金在費米能階附近以離域的sp電子態為主，對反應過程中表面瞬時電荷重新分布高度敏感；相對地，鈀在費米能階附近由高態密度的d電子所主導，則會效緩衝此類電性擾動。基於此概念，我們進一步設計Au–Pd核殼奈米立方體，利用埋藏於內部的金核心作為「內建靜電調控器」，在不引入光激發的情況下，動態調變鈀殼層的費米能階與催化反應性，實現在接近塊材尺寸下仍可進行尺寸與反應環境可切換的催化調控。本研究首次將「費米能階響應性」確立為奈米催化設計的關鍵自由度，超越傳統以d-band位移或顆粒尺寸縮小所引發之表面／體積比效應為核心的設計框架，為金屬奈米催化劑的理性設計開啟全新方向。