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。
• 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。

当铂以单晶立方体的形态存在时，其由特定晶面主导的纳米效应变得尤为突出，是实现高选择性催化的关键。

• 高活性{100}晶面暴露: 这是铂纳米方块最核心、最重要的特性。通过形貌控制合成，其六个表面均为热力学上活性较高的{100}晶面。与铂纳米颗粒通常暴露的、最稳定的{111}晶面相比，{100}晶面对许多重要的化学反应（特别是电催化中的反应）表现出截然不同且通常更高的催化活性和选择性。
• 尺寸依赖的催化活性: 与所有纳米催化剂一样，其巨大的比表面积使得大量原子暴露为催化活性位点，极大地提高了催化效率。

铂纳米方块（PtNCs）在纳米材料科学中一个非常重要的角色，是作为一种完美的模板（Template）或核（Core），用于合成结构更复杂的核-壳或中空纳米结构。

核心应用: 通过在铂纳米方块的边或角上选择性地沉积另一种金属（如金），然后再选择性地刻蚀掉铂核，可以制备出具有开放结构的金属纳米框（Nanoframes）。

• 优势: 这种纳米框结构具有极高的比表面积和内外通透的结构，使得催化活性位点（边、角）的可及性达到最大化，是性能极高的电催化剂。

目标: 在铂纳米方块（核）的表面精确地包覆上另一种催化活性金属（壳），以通过核-壳相互作用进一步提升催化性能。

• 铂方块@钯 (PtNC@Pd): 在铂纳米方块表面包覆一层薄薄的钯壳。由于铂核对钯壳的晶格应变和电子效应，这种核-壳催化剂在甲酸氧化等反应中表现出比纯钯或纯铂高得多的催化活性。

铂纳米方块是模型催化剂研究领域的明星材料，其核心价值在于为研究催化反应的晶面依赖性提供了完美的平台。

这是铂纳米方块在催化领域最核心的应用。通过对比具有不同暴露晶面的铂纳米晶（如暴露{100}晶面的方块 vs 暴露{111}晶面的八面体）的催化性能，可以揭示催化反应的内在机理。

• 氧还原反应 (ORR): 理论和实验均表明，Pt的{111}晶面对ORR的催化活性高于{100}晶面。
• 甲醇/甲酸氧化反应: 与ORR相反，Pt的{100}晶面对甲醇、甲酸等小分子燃料的氧化具有更高的抗CO中毒能力和催化活性。因此，铂纳米方块是用于直接甲醇燃料电池阳极的理想催化剂模型。
• 氢析出/氢氧化反应: 在酸性介质中，Pt的{111}晶面对HER/HOR的活性最高。

在多相催化中，铂纳米方块暴露的{100}晶面对某些不饱和醛酮的加氢反应，表现出对C=O双键更高的选择性，有利于生产不饱和醇。

铂纳米方块（PtNCs）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。PtNCs由于暴露了高活性的{100}晶面，其纳米酶活性通常高于球形的铂纳米颗粒。

• 类过氧化物酶 (Peroxidase-like) 活性: 这是PtNCs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PtNCs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PtNCs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，PtNCs作为纳米酶具有成本低、稳定性高、催化活性高的优点，是构建高灵敏度、高稳定性生物传感器的理想平台。

铂纳米方块（PtNCs）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。

利用PtNCs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: PtNCs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。其暴露的{100}晶面可能使其纳米酶活性高于其它形貌的铂纳米颗粒。

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。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PtNCs毒理学评估中最核心、最独特的考量。PtNCs极高的催化活性是一把双刃剑。它可能过度消耗细胞内正常的、用于信号传导的ROS，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。
• 尖锐边角的物理损伤风险: PtNCs的尖锐边角，在与细胞膜相互作用时，可能会像“刀尖”一样，通过物理切割的方式破坏细胞膜的完整性，导致细胞内容物泄漏和细胞死亡。

• 生物持久性: 与金和银类似，PtNCs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: 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。

高质量、单分散的铂纳米方块的合成，通常依赖于对晶体生长动力学和热力学的精确控制。

这是制备铂纳米方块最核心、最主流的方法。

• 原理:
  1. 反应体系: 在水溶液或有机溶剂（如DMF）中，将铂的前驱体（通常是H₂PtCl₆或K₂PtCl₄）在一定温度下，用一种弱还原剂（通常是抗坏血酸, AA或甲醛）缓慢地还原。
  2. 形貌控制剂: 聚乙烯吡咯烷酮（PVP）是该反应中最重要的组分。PVP分子会选择性地吸附在铂晶体的{100}晶面上，极大地抑制了这些晶面的生长。
  3. 动力学控制: 通过精确地控制还原剂的加入速率和反应温度，使得铂原子的生成速率非常缓慢。在这种接近热力学平衡的条件下，晶体会倾向于生长成由高表面能的{100}晶面包裹的立方体结构，而不是由最低表面能的{111}晶面包裹的八面体结构。
  4. 银离子辅助: 有时也会像合成银纳米线一样，加入痕量的银离子（Ag⁺）。Ag⁺会欠电位沉积在铂晶种的{100}晶面上，进一步强化了PVP的吸附和抑制作用，从而促进立方体的形成。
• 尺寸调控: 通过精确地调控晶种的浓度、反应温度和时间等参数，可以方便地控制铂纳米方块的最终边长。

对铂纳米方块（PtNCs）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）。通过分析CO溶出峰的位置，可以判断其表面主要是{100}还是{111}晶面。
  • 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（如甲醇氧化）的质量活性和面积比活性。

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

铂纳米方块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）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。
  • 电化学清洗: 通过在电解液中进行多次循环伏安扫描，可以氧化去除表面的有机物。

• 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）纳米方块作为核，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。