自2016年首次报道以来，由于其独特的特性，如高比表面积和开放孔隙结构，由预制纳米颗粒制成的冷冻气凝胶受到了广泛的研究。然而，与传统的纳米晶体气凝胶相比，最近发现的冷冻气凝胶是通过直接冷冻干燥的方法制备的。传统的纳米晶体气凝胶是通过胶体溶液的定向失稳和随后的超临界干燥来制备的。在标准的冷冻气凝胶过程中，高浓度的胶体纳米颗粒在水溶液中通过注射或浸入液氮进行闪冻。在高温梯度下，溶剂的突然结晶会触发小冰晶的形成。纳米粒子被排除在不断增长的冰锋之外，被推到晶体之间的空间中。通过使用高浓度的纳米颗粒(至少0.1 %体积)，形成的冰模板的空隙被完全填满，粒子之间相互连接，形成的片状结构提供了足够的机械稳定性。固化后，为避免常规干燥技术在环境条件下可能产生的毛细作用力，可通过冻干（冷冻干燥）去除冰模板。这样，就得到了一个具有开放孔隙和高表面积的三维气凝胶网络。

有鉴于此，德国汉诺威大学Dirk Dorfs等人，制备了由贵金属纳米粒子制成的无添加剂冷冻气凝胶涂层，并进行了电化学研究。

本文要点

1）通过使用液氮或异戊烷作为冷却介质，为每种类型的贵金属纳米粒子创建了两个不同的超结构。与简单固定的，密集堆积的纳米粒子相比，这些材料（由相同数量的粒子制成）具有出色的形态和催化性能。

2）用扫描电子显微镜（SEM）研究所有材料的形态。电化学活性表面积（ECSA）由循环伏安法测量得出。研究了乙醇氧化反应（EOR）的催化活性。对于通过冷冻气凝胶法制备的超结构材料，发现两者均增加。此外，由异戊烷冷冻产生的具有细胞至树突结构的冷冻气凝胶显示出最佳的催化性能和最高的ECSA。

3）此外，作为一种新型材料，冷冻水凝胶是通过解冻速冻纳米颗粒溶液而首次构建的。这些材料的结构和形态与相应的冷冻气凝胶类型相匹配，并通过SEM确认。甚至在EOR中的催化活性也与低温气凝胶涂层的结果一致。

总之，作为概念的证明，该工作为轻松，快速地生产用于湿化学应用的冷冻凝胶材料提供了一个新颖的平台。

参考文献：

Dennis Müller et al. Cryoaerogels and Cryohydrogels as Efficient Electrocatalysts. Small, 2021.

DOI: 10.1002/smll.202007908

https://doi.org/10.1002/smll.202007908