我们的电化学质谱仪DEMS设备助力最新科研成果 --- 北京大学郭少军 骆明川课题组发表Nature子刊
2024年11月12日，北京大学郭少军教授、骆明川助理教授团队在Nature Communications期刊发表题为“Pinning effect of lattice Pb suppressing lattice oxygen reactivity of Pb-RuO2 enables stable industrial-level electrolysis”的研究论文，团队成员Chenhui Zhou、Lu Li为论文共同第一作者，骆明川助理教授、郭少军教授为论文共同通讯作者。
该研究报道了一类相当稳定的 Pb-RuO₂催化剂，通过在 RuO₂晶格中引入大尺寸耐酸的 Pb 来诱导钉扎效应，并缩小氧原子的移动通道以提高晶格氧的扩散活化能，从而用于 PEMWE。这为稳定 RuO₂在 PEMWE 中的实际应用提供了有价值的见解。
实验中原位微分电化学质谱仪DEMS的分析与应用
文章提出了一种设计概念，通过引入大尺寸且耐酸的铅（Pb）进入RuO2的晶格，诱导钉扎效应，有效缩小氧原子的移动通道，从而降低晶格氧的反应性。
通过X射线吸收精细结构（XAFS）、原位差分电化学质谱（DEMS）和密度泛函理论（DFT）计算等方法，研究了Pb-RuO2催化剂的结构和性能。
文中原位微分电化学质谱（DEMS）主要用于揭示不同催化剂的晶格氧参与情况。
为了清晰区分不同来源的氧，实验采用同位素 ¹⁸O 标记。例如，在研究OER反应时，将催化剂在含有¹⁸O的电解液中进行标记。
采用¹⁸O同位素标记的原位微分电化学质谱（DEMS），揭示了不同催化剂的晶格氧参与情况。证明了Pb在抑制晶格氧参与和促进Pb-RuO2在酸性OER中的长期稳定性方面的关键作用。
检测原理
当催化剂发生析氧反应（Oxygen Evolution Reaction，OER）时，若有晶格氧参与反应，会产生含标记氧原子的氧气分子，DEMS 能够精确检测到这些带有特定质量数的氧气分子信号。例如，正常的 O₂质谱峰在 m/z = 32，而标记后的 ¹⁸O₂质谱峰在 m/z = 36 ，¹⁶O¹⁸O 质谱峰在 m/z = 34。
对比分析
通过对比不同催化剂（如Pb-RuO₂和RuO₂）在相同测试条件下34O₂/32O₂的比例，可判断晶格氧的参与程度。结果发现 Pb - RuO₂催化剂产生的标记氧气信号强度较弱，表明其晶格氧反应活性较低。这意味着在 OER 过程中，Pb - RuO₂晶格中的氧原子相对更难参与反应，从而证明了晶格 Pb 的钉扎效应抑制了晶格氧的活性。
原位微分电化学质谱仪DEMS的更多应用领域
原位微分电化学质谱仪（DEMS）能够实时、原位地检测反应过程中产生的气态产物，在电池、光热电催化、能源等相关领域应用广泛。
锂离子电池
气体析出分析
电极材料稳定性研究
锂 - 空气电池
反应机理探究
电解液兼容性研究
燃料电池研究
催化剂性能评估；水管理研究
燃料反应监测；电极 - 电解质界面研究
电解水制氢
催化剂活性与稳定性研究（OER）(HER)
反应机理与动力学研究
电催化领域
二氧化碳还原反应（CO₂RR）
硝酸根还原反应（NOₓ-RR）
有机小分子氧化反应
光催化领域
水分解产氢
二氧化碳还原制燃料
热催化领域
程序升温脱附（TPD）
汽车尾气净化
原位微分电化学质谱仪DEMS 在能源转换领域具有广阔的应用前景，其实时原位检测的特性，高灵敏度和选择性，以及与其他技术联用的便捷性使得它在研究复杂的能源转换反应时具有很大的优势。
上海荆谱若科技愿与您携手推动 DEMS 技术的应用和发展，助力您再科研事业上再攀高峰。
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