贵金属纳米晶在催化、光学、电子学、生物医学、信息存储和能量转换领域都有着重要的应用。但由于地壳中贵金属的含量低、价格高，怎样实现贵金属的高效利用就变得尤为迫切。近些年来，科学家们发展了很多方法来提高贵金属的使用效率，其中通过构筑中空结构的纳米晶或超薄纳米片能够显著提高贵金属原子的使用效率，尤其是在多相催化中。
作为中空结构的一种，纳米框架有着高度开放的三维空间结构，并具有很大的比表面积、高密度的催化活性位点以及催化反应中不易团聚等特点。因此，贵金属纳米框架不仅有助于减少催化剂负载量和降低成本，而且能够提高催化反应的活性和稳定性。另外，与金/银纳米棒类似，金/银纳米框架也具有高度可调的光学性质。
近日，来自佐治亚理工学院的夏幼南教授（通讯作者）等人撰写的综述文章介绍了近些年来贵金属纳米框架在设计、合成和使用方面的进展。相关内容以“Rational design and synthesis of noble-metal nanoframes for catalytic and photonic applications”为题发表在了2016年9月26日的National Science Review上。
文中首先总结讨论了贵金属纳米框架的两种合成策略：（1）先将一种金属选择性沉积在另一种金属模板上，然后选择性地刻蚀掉金属模板；（2）通过置换反应或氧化刻蚀的方法将空心或实心结构的金属纳米晶去合金化来得到纳米框架结构。然后文中着重介绍了贵金属纳米框架在催化和光电子学领域中的应用，最后讨论并展望了贵金属纳米框架合成制备方面仍需解决的问题以及未来的发展趋势。
1. 贵金属纳米框架简介
贵金属纳米晶材料已经经过了几十年的广泛研究，并在催化、电子学、光电子学、信息存储、能量转化和生物医药等领域得到了应用。由于贵金属在地壳中丰度极低及随之而来的高昂的价格，因此开发最有效的贵金属材料就成为现今最迫切的需求，尤其是在催化领域。近年来已经发展了很多增强贵金属纳米晶催化活性的制备策略并用以减少其负载。此外，制备中空纳米结构或超薄片都有助于贵金属利用效率的提高。
多种中空的纳米结构已经见诸报道，例如纳米壳、纳米盒、纳米笼和纳米框架。它们都具有独特的中空结构，不同点在于其壁的多孔性的差异。纳米壳和纳米盒都具有实心无开口的壁，而纳米笼的壁中分布着多孔结构。纳米框架是这一趋势的逻辑延伸，其完全去除了壁的存在。从某种意义上说，纳米框架结构只由棱和角构成，其与实心的三维纳米晶保持了相同的形貌。这就使得与其他相同尺寸的空心纳米晶相比，纳米框架具备高度开放的三维结构。纳米框架的开放结构可以使催化反应进入催化剂颗粒内表面发生，提高贵金属的使用效率，因此在异质催化剂领域具有极大潜力。
除了在异质催化剂领域有极佳的性能外，纳米框架也表现出了独特的光学特性，例如伴随入射光共振中自由电子的集体振荡，也就是表面等离子体共振（LSPR）。在这个过程中，入射光被有效吸收，随后转化为光子（散射的、吸收的或热的）。光子吸收-散射比和LSPR发生时光的波长都依赖于纳米结构的尺寸和形状以及介质环境。对于具有非均一纵横比的纳米结构如纳米棒来说，会在径向和横向表现出两种非常明显的LSPR模式。当表征其光学特性时，纳米框架可视作多重纳米棒的集合。因此，对于由Au和/或Ag组成的纳米框架来说，可以通过调节相对于纳米框架厚度的边缘长度来改变其LSPR性质。
2. 纳米框架的设计与合成
目前纳米框架的合成主要有以下两种主要的策略：第一，将金属沉积在模板纳米晶的特定位置，并对模板进行刻蚀，选择性地将其去除；第二，使用去合金化或刻蚀的方法将目标结构的原子去除，并对纳米晶进行重塑，以得到纳米框架。下面就对这两种方法进行简要的阐述。
2.1 位置选择性沉积和刻蚀
对于纳米框架来说，这是一种简单直接的制备方法。这种方法包括在另一种金属组成的纳米晶的特定区域进行金属的选择性沉积并用化学刻蚀的方法选择性地去除模板。实验中，位置选择性沉积可以使用不同的策略来完成，例如利用纳米晶表面不同位点自由能的差别，物理阻碍原子沉积或者使用动力学方法调控原子沉积扩散的相对速度。金属的刻蚀牵涉到氧化还原反应，因此需要金属和刻蚀剂之间还原电势的差别足够大。除了用湿化学法进行位置选择性沉积外，电化学的方法也十分有效。从大量文献的报道中可以看出，位置选择性沉积和刻蚀是制备纳米框架结构既简便又有效的方法。纳米框架的结构可通过改变具有不同形状和表面构型的模板实现。
