纳米技术，特别是金属纳米粒子作为催化剂，为生物医学、环保、化学能源工业的发展带来了新的机遇。金属是最常见的导体，具有大量自由移动的带电粒子，当两种导电材料直接接触时，就会发生接触带电（CE）。通过金属-金属的直接接触，其界面由于材料自身费米能级的不同产生自发的电子转移从而改变了金属的表面性质进一步影响了其在催化反应中的应用。

近日，南开大学化学学院谢微教授团队联合德国杜伊斯堡-埃森大学化学系Sebastian Schlücker教授团队以金属-金属纳米颗粒接触起电现象对催化反应的调控为题，从界面接触起电现象的两种机制引入，结合d带理论（d band theory）与萨巴蒂尔原理（Sabatier principle）分析了接触起电影响材料催化性能的本质在于催化过程催化剂电子结构与反应活性物种吸附-脱附的构效关系，并介绍异质界面纳米颗粒组装方法，最后给出通过接触起电调控催化反应的实例。文章系统性的对金属接触起电现象原理进行介绍，总结研究这一现象的表征技术的原理以及成果，并对接触起电调控催化反应进行了分析与展望。

1.1热力学平衡理论

电子在金属(a)和两种金属物理接触的不同位置的能量图(b)，诱导电子转移，直到发生热力学平衡。

1.2电子云势阱模型

电子云势阱模型由王中林院士提出用来解释CE：当两种材料靠近并相互接触时，两种材料的电子云将重叠。界面电子势垒的降低促进了电子在界面上的转移。这种电子转移是不可逆的，如果两种材料再次分离，它们将携带相反的电荷。

1.3 接触带电与催化性能的关系

根据d带理论，金属的表面电子态是影响键合能的关键因素。萨巴蒂尔原理表明，催化剂和反应物之间的相互作用既不应太弱也不应太强。由于接触带电改变了催化剂的电子性质，它也直接影响金属-吸附质相互作用的强度，从而影响催化性能。

2. 金属-金属纳米粒子接触界面的材料制备

在水-油界面制备金属纳米颗粒的自组装单层为研究纳米颗粒的性质提供了可能性。在上层相挥发后，纳米粒子单层膜可以通过Langmuir-Blodgett技术选择性地转移到不同的基板上，如玻碳电极、硅片和氧化铟锡（ITO）玻璃。实验上，通过使用“layer by layer”制备方法实现了异质界面的金属纳米颗粒接触带电。

3.1开尔文探针力显微镜（KPFM）表征CE

KPFM是一种基于原子力显微镜（AFM）的技术，表面和AFM尖端之间的静电力导致探针振动。通过使探针偏压与样品和探针之间的接触电势差相匹配抵消振动实现接触电势的定量测量。

3.2 X射线光电子能谱表征CE

XPS是现代表面和界面科学研究中的一种多功能工具，因为它提供了材料表面深度低至10 nm的表面元素组成（不包括氢和氦）和元素价态识别的信息。由于CE现象是不可逆的，因此可以通过观察接触前后的差异来分析CE的影响。若金属结合能的增加表明，与接触前的情况相比，表面处于缺电子状态。相反，CE后金属结合能的降低表明固体表面处于富电子状态。

3.3表面增强拉曼散射（SERS）表征CE

拉曼散射是一种非弹性光散射过程：入射激光辐射会因散射系统的变化而改变，从而导致辐射能量的减少（斯托克斯）或增加（反斯托克斯）。拉曼散射的强度比弹性瑞利散射的强度弱得多。表面增强拉曼光谱SERS可以通过共振激发支持局域等离子体共振的纳米结构，如金纳米粒子，将拉曼信号增强几个数量级。

具有N≡C三键的异腈/异氰酸酯分子已被应用于研究界面电子效应。当吸附到金属上时，腈的键合和反键分子轨道与金属的能带结构发生杂化。金属与分子之间的σ-donation增强了N≡C键，导致N≡C拉曼伸缩峰蓝移。而金属与分子π‑back donation 削弱了N≡C键，导致拉曼峰红移。以Pt-N≡C上电化学SERS实验结果量化波数偏移与施加的外部电位偏压的关系，表明施加负偏压后，Pt的费米能级增加（Pt^δ-），N≡C的拉曼峰出现红移。相反，通过施加正偏压，金属费米能级降低（Pt^δ+），N≡C的拉曼峰出现蓝移。

4. CE调控催化剂的性能

电催化析氢反应（HER）是生产绿色氢气的重要过程。铂基材料因其高电流密度和低过电势而得到了广泛的研究。在Pt-M（M=Au或Ag）界面上使用CE来调节Pt的费米能级，从而调节其在酸性HER中的性能。Pt的不同电子结构影响了电催化过程中质子（H⁺）向催化剂（Pt）的扩散过程。在Au（111）上构建了双金属模型表面，以探测甲醇氧化反应（MOR），由于界面电子转移，Pd和Pt覆盖层将其电子提供给Au（111），金属的催化性能得到提升。