宏观块材铂是一种极其贵重的金属，以其优异的催化性能和超强的化学稳定性而闻名。

• 卓越的催化活性: 铂是元素周期表中催化性能最优异的元素之一，能够高效催化大量的化学反应，如氧化、还原和氢化等。
• 极高的化学惰性: 铂的化学性质比金更稳定，在任何温度下都不与空气中的氧气反应，并且不溶于单一的强酸（包括王水之外的所有酸）。
• 高熔点与高密度: 铂具有很高的熔点（~1768 °C）和密度，是典型的高熔点贵金属。

当铂的尺寸缩小到纳米尺度时，其催化性能被极大地放大和优化，这是其所有应用的核心。

• 尺寸依赖的催化活性: 这是铂纳米颗粒最核心的特性。当尺寸缩小到纳米级别（特别是2-5 nm），其巨大的比表面积使得大量原子暴露为催化活性位点。更重要的是，纳米尺度下的量子尺寸效应会改变铂的d带电子结构，优化其对反应物的吸附/脱附能，从而极大地提高了其本征催化活性。
• 形貌依赖的催化选择性: 通过合成不同形貌的铂纳米晶（如立方体、八面体、二十四面体），可以选择性地暴露具有不同原子排布的晶面（如{100}, {111}, {730}等）。不同的晶面对不同化学反应的催化活性和产物选择性有天壤之别。这为设计用于特定反应的“精准”催化剂提供了可能。
• 弱等离激元效应: 与金和银不同，铂的等离激元共振峰位于深紫外区，因此在可见光区没有明显的LSPR效应，不适合用于比色传感或光热治疗。

对于铂这种极其昂贵的催化材料，通过与其它（通常是更廉价的）过渡金属形成合金，是降低成本和提升性能的最核心策略。

目标: 将一种或多种其它金属原子（如Fe, Co, Ni, Cu, Pd, Ru）随机地掺入铂的晶格中，形成合金纳米颗粒，以精细调控其电催化性能。

• 性能提升机理:
  • 配体效应 (Ligand Effect): 第二种金属的引入会改变铂原子的d带电子结构，调节其对含氧中间体（如OH*）的吸附能，从而打破反应的速控步骤，提高催化活性。
  • 应变效应 (Strain Effect): 第二种金属原子与铂原子尺寸的差异，会导致铂晶格产生压缩或拉伸应变。这种应变同样会改变铂的d带中心，从而优化其催化性能。
• 典型应用: 在质子交换膜燃料电池中，Pt-Co和Pt-Ni合金纳米颗粒是目前性能最高的氧还原反应（ORR）催化剂，其活性远超纯铂。在直接甲醇燃料电池中，Pt-Ru合金是性能最好的抗CO中毒的阳极催化剂。

铂纳米颗粒是现代催化科学与工业中当之无愧的“王者”，其应用贯穿于能源、环境和化工等所有关键领域。

这是铂纳米催化剂最重要的应用领域，是清洁能源技术（如燃料电池和电解水）的心脏。

• 燃料电池: 铂是目前性能最好、无法替代的燃料电池催化剂。
  • 阴极氧还原反应 (ORR): 质子交换膜燃料电池（PEMFC）的效率和成本主要由阴极缓慢的ORR决定。负载型铂或铂合金纳米颗粒是目前唯一的实用ORR催化剂。
  • 阳极燃料氧化: 铂是氢氧化反应 (HOR) 和甲醇氧化反应 (MOR) 的基准催化剂。
• 电解水制氢: 铂是氢析出反应 (HER) 催化活性的“火山图”顶峰，即所有单质材料中催化HER性能最好的催化剂。

• 汽车尾气净化: 铂是汽车三元催化器的核心组分（与钯Pd和铑Rh共用）。它能高效地将尾气中的剧毒一氧化碳（CO）和未燃烧的碳氢化合物（HC）催化氧化为无害的CO₂和H₂O。
• 石油化工: 铂催化剂被广泛用于石油重整过程，以提高汽油的辛烷值，以及各种加氢、脱氢和异构化反应。

铂纳米颗粒（PtNPs）不具备优异的荧光或等离激元光学特性，因此不适用于光学成像。然而，其卓越的催化活性使其成为一种独特的**“纳米酶”（Nanozyme）**，在生物传感领域具有巨大潜力。

纳米酶是指具有类酶催化活性的纳米材料。PtNPs是研究最早、活性最高的纳米酶之一。

• 类过氧化物酶 (Peroxidase-like) 活性: 这是PtNPs最主要的纳米酶活性。它能够像天然的辣根过氧化物酶（HRP）一样，在温和条件下催化过氧化氢（H₂O₂）氧化无色的底物（如TMB, OPD），产生蓝色的产物。
• 传感原理:
  1. 将一种能够产生H₂O₂的酶（如葡萄糖氧化酶, GOD）与PtNPs结合。
  2. 当待测物（如葡萄糖）存在时，GOD会催化其氧化并产生H₂O₂。
  3. 产生的H₂O₂随即被PtNPs利用，催化显色反应。
  4. 通过测量颜色的深浅，即可定量检测待测物的浓度。
• 优势: 相比于天然酶，PtNPs作为纳米酶具有成本低、稳定性高、易于制备的优点，是构建高灵敏度、高稳定性生物传感器的理想平台。

铂纳米颗粒（PtNPs）在治疗领域的应用独树一帜，主要利用其作为**“纳米酶”**来调节细胞内的氧化还原稳态，或作为铂类化疗药物的递送载体。

利用PtNPs的多重纳米酶活性，可以清除体内过量的活性氧（ROS），用于治疗与氧化应激相关的疾病。

• 多重酶模拟活性: PtNPs不仅具有类过氧化物酶活性，还被证明具有类过氧化氢酶（Catalase-like）和类超氧化物歧化酶（SOD-like）的活性。
  • 类过氧化氢酶: 可将有毒的H₂O₂分解为无害的O₂和H₂O。
  • 类超氧化物歧化酶: 可清除剧毒的超氧阴离子自由基（•O₂⁻）。
• 治疗应用: 这种清除ROS的能力，使其在治疗帕金森症、阿尔兹海默症、缺血再灌注损伤等氧化应激相关疾病方面展现出巨大的应用潜力。

铂类药物（如顺铂、卡铂）是临床上应用最广泛的化疗药物，但其毒副作用和耐药性问题严重。

• 原理: 将铂类药物通过化学键连接到PtNPs的表面。利用纳米颗粒的EPR效应，可以实现药物在肿瘤部位的靶向富集，从而在提高疗效的同时，降低其对正常组织的毒副作用。

元素铂（Pt）本身被认为是生物相容性极好、化学性质稳定的材料（常用于医疗植入物）。然而，当其以纳米颗粒形态存在时，其生物安全性是一个需要综合评估的复杂问题。

• 氧化还原稳态的干扰: 这是PtNPs毒理学评估中最核心、最独特的考量。PtNPs极高的催化活性（纳米酶活性）是一把双刃剑。虽然可以被用于清除过量的活性氧（ROS）以治疗疾病，但如果剂量或设计不当，它也可能过度消耗细胞内正常的、用于信号传导的ROS，或催化产生非预期的副产物，从而干扰细胞内精密的氧化还原信号网络，引发潜在的毒性。

• 生物持久性: 与金和银类似，PtNPs在体内是不可生物降解的，存在长期蓄积于肝、脾等器官的风险。
• 离子释放: 尽管块材铂极其稳定，但纳米颗粒由于其高表面能，仍可能在复杂的生理环境中微量溶解，释放出铂离子。铂离子及其络合物具有已知的细胞毒性、肾毒性和致敏性（可引起“铂过敏”）。
• 表面配体: PtNPs的毒性同样高度依赖于其表面包裹的配体。

铂纳米颗粒的合成通常依赖于在溶液中将铂盐前驱体还原，其核心挑战在于对形貌的精确控制。

这是最常用、最灵活的一类合成方法。

• 多元醇法 (Polyol Process): 这是制备高质量、形貌可控的PtNPs最经典的方法。在高温的乙二醇（EG）中，将铂的前驱体（通常是H₂PtCl₆）还原。通过向反应体系中引入不同的“形貌控制剂”（如PVP、Ag⁺、Fe²⁺）和调控反应动力学，可以选择性地合成出立方体、八面体、二十四面体等具有特定暴露晶面的铂纳米晶。
• 水相还原法: 在水溶液中，使用强还原剂（如NaBH₄）或温和还原剂（如柠檬酸钠、抗坏血酸）还原铂盐。这种方法通常用于制备小尺寸的球形铂纳米颗粒。

这是制备结构更复杂的核-壳或异质结构（如Pd@Pt核壳颗粒）的主要方法。通过将一种预先制备好的纳米颗粒作为“晶种”，然后在其表面选择性地沉积铂，可以实现对最终结构和组成的精确控制。

对铂纳米颗粒（PtNPs）的精确表征是评估其催化性能的关键。对其电催化活性和表面性质的表征尤为重要。

• 电化学测量: 这是评价铂电催化剂性能的金标准。
  • 循环伏安法 (CV): 通过测量铂在酸性电解液中氢吸脱附峰的电量，可以精确计算其电化学活性表面积（ECSA），这是评价催化剂利用率的核心参数。
  • 旋转圆盘电极 (RDE): 结合线性扫描伏安法（LSV），可以精确测量催化剂对特定反应（如ORR）的质量活性和面积比活性，并研究其反应动力学。

• 形貌与晶面: 高分辨透射电子显微镜 (HRTEM) 是直接观察PtNPs尺寸、形貌和暴露晶面的金标准。
• 晶体结构: X射线衍射 (XRD)。用于确认PtNPs为面心立方（FCC）的晶体结构。

• 元素组成与化学态: X射线光电子能谱 (XPS)。可以精确分析材料表面的元素组成，并通过分析Pt 4f的高分辨谱，判断铂的氧化态（Pt⁰, Pt²⁺, Pt⁴⁺），这对其催化活性有至关重要的影响。对于合金，还可以分析其表面元素分布。

铂纳米颗粒的表面工程是其催化应用中至关重要的一环，其核心任务是调控其表面电子结构和实现“洁净”表面。

合成过程中使用的稳定剂（如PVP、柠檬酸根）会吸附在铂表面，覆盖催化活性位点，严重影响其催化性能。

• 配体去除: 在将催化剂用于催化反应之前，通常需要进行“清洗”步骤以去除这些表面吸附的有机配体。常用的方法包括：
  • 热处理: 在惰性或还原性气氛下，通过高温退火将有机物分解。
  • 化学清洗: 用乙酸等溶剂在一定温度下清洗，以选择性地去除PVP等配体。
  • 紫外-臭氧处理 (UV-Ozone): 利用紫外光和臭氧产生的强氧化性自由基来分解表面有机物。

• Pt壳@非Pt核: 这是提高铂原子利用效率、降低成本的最前沿策略。例如，将廉价的钯（Pd）纳米颗粒作为核，然后通过原子层沉积等技术在其表面精确地包覆上1-2个原子层厚度的铂壳。这样得到的Pd@Pt核壳催化剂，其表面几乎全是铂原子，催化活性极高，但铂的用量却大大减少。