Angew：氢氧化反应双功能机理中吸附羟基中间体的光谱验证- 大数跨境

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Angew：氢氧化反应双功能机理中吸附羟基中间体的光谱验证

科学材料站

2021-01-02

导读：本文提出了研究人员提出了一种可靠的检测HOR中间体的方法，并通过促进OH物种的吸附和氢结合能（EM-H）来设计和优化具有更高活性的HOR催化剂。

文章信息

氢氧化反应双功能机理中吸附羟基中间体的光谱验证

第一作者：Yao-Hui Wang

通讯作者：李剑锋

单位：厦门大学

研究背景

氢燃料电池是正在开发的一种关键的可持续能源技术，它能够通过释放储存在氢（H2）燃料中的化学能来发电；其通常利用铂基催化剂。然而，铂催化剂的高成本阻碍了氢燃料电池的实际应用。阴离子交换膜燃料电池(AEMFCs)已经被提出来，作为一种很有前途的方法，通过使用非贵金属催化剂来减少燃料电池中所需要的铂量。

本文阐明碱性条件下的氢氧化反应（HOR）机理，对于开发具有高效率的阴离子交换膜燃料电池（AEMFCs）至关重要。氢氧化反应（HOR）是驱动AEMFCs的重要阳极半反应，与阴极氧还原反应（ORR）相反。然而，关于碱性条件下的HOR机制和提高阳极缓慢HOR速率所需的催化途径仍存在争议。

文章简介

近日，厦门大学李剑锋教授在国际知名期刊Angewandte Chemie International Edition上发表题为“Spectroscopic Verification of Adsorbed Hydroxyl Intermediate in the Bifunctional Mechanism of Hydrogen Oxidation Reaction”的研究工作。

该工作使用原位电化学表面增强拉曼光谱（SERS）和密度泛函理论（DFT）计算来研究PtNi合金和纯Pt表面上的HOR过程。本文提出了研究人员提出了一种可靠的检测HOR中间体的方法，并通过促进OH物种的吸附和氢结合能（EM-H）来设计和优化具有更高活性的HOR催化剂。

本文要点

要点一：在分子水平上展示了光谱数据，证实了双功能机制的存在，并且可以提高碱性条件下的HOR活性。利用原位电化学表面增强拉曼光谱（SERS）和密度泛函理论(DFT)分别研究了PtNi合金和Pt表面的HOR过程。

要点二：光谱数据表明，吸附的羟基中间体物种（OHad）直接参与了PtNi合金表面在碱性条件下的HOR过程。然而，在HOR过程中，Pt表面没有观察到OHad。DFT计算表明，Ni-Ni桥位上的OHad物种与Pt顶位上的Had物种发生反应，并通过HOR Volmer步骤生成H2O。同时，利用亲氧性Ni掺杂Pt表面可促进羟基的吸附并改善HOR活性。

要点三：我们提供了在HOR期间亲氧金属表面上存在OHad中间物种的直接证据，并推断出其在提高HOR活性和速率方面的重要作用。因此，通过设计双功能催化剂调节OH的吸附是提高HOR活性的有效方法。

研究背景

Spectroscopic Verification of Adsorbed Hydroxyl Intermediate in the Bifunctional Mechanism of Hydrogen Oxidation Reaction

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202015571

通讯作者介绍

李剑锋，厦门大学化学化工学院教授。

2003年本科毕业于浙江大学；2010年在厦门大学获得博士学位；2011-2014年分别在瑞士伯尔尼大学和瑞士苏黎世联邦理工学院从事博士后研究。主要研究领域为核壳纳米结构、表面等离激元、表面增强拉曼光谱、表面增强荧光光谱、电化学、界面光电催化、食品环境公共安全领域的拉曼光谱快速检测等。以第一作者或通讯作者身份在Nature、Nature Energy、Nature Mater.、Nature Protoc.、Nature Commun.、Science Adv.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Chem. Rev.等国际高水平学术刊物上发表论文100余篇，被SCI他引6000余次，授权专利5项，撰写英语书章节4部。担任J. Phys. Chem.的高级编辑、Anal. Chem.、Adv. Opt. Mater.、ChemElectroChem等国际期刊编委。曾获基金委“杰出青年基金”、基金委“优秀青年基金”、国家自然科学二等奖（排名第三）、中国青年科技奖、入选中组部“万人计划”-科技创新领军人才、中组部高层次人才-青年项目、全国百篇优秀博士论文奖。