雙金屬表面氧活性物種演化的納米尺度研究

发布日期:2020-01-09     浏览次数:次   

任斌教授課題組在双金属表面氧活性物种的形成与分布的纳米尺度研究取得进展相關結果以“Probing the Local Generation and Diffusion of Active Oxygen Species on a Pd/Au Bimetallic Surface by Tip-Enhanced Raman Spectroscopy”爲題,于202011日發表于《美國化學會志》(J. Am. Chem. Soc. 2020, DOI: 10.1021/jacs.9b10512)。

氧活性物種是氧還原反應ORR、析氧反應OER)等重要催化反應的一類關鍵中間産物。對氧活性物種的原位表征對理解相關催化過程的發生機制,從而理性指導催化劑的制備具有重要意義。然而,從納米尺度和分子水平揭示動態變化的異相催化劑表界面的構效關系仍極具挑戰。

課題組利用针尖增强拉曼光谱(tip-enhanced Raman spectroscopy, TERS)從納米尺度研究在過氧化氫(H2O2)存在下,硫醇氧化反應過程中羟基自由基這一氧活性物種在钯/金(Pd/Au)雙金屬表界面的形成與分布。高活性的羟基自由基可以由金屬催化劑誘導生成,從而介導金屬表面上作爲探針的硫醇分子的氧化,使其從表面脫附。通過對未反應的硫醇分子的TERS成像,發現Pd位點是産生羟基自由基的活性位點,並且Pd邊緣位具有更強的催化活性。同時觀察到羟基自由基由邊緣位Pd位點産生並向四周的擴散行爲,其擴散長度約爲5.4 nm,對應的壽命在納秒(10-9 s)尺度。該工作首次利用TERS在納米尺度下觀察到了雙金屬催化劑的表面活性位,爲繼續對相關體系進行原位表征提供了重要的表征工具。利用具有較大拉曼散射截面的分子作爲探針可以非常有效的表征小分子的動態行爲,這爲未來TERS研究小分子體系提供了新的方法。

該工作是在任斌教授和鍾錦輝博士(已畢業廈大iChEM博士生,現德國Carl von Ossietzky University博士後)共同指導下完成,實驗部分主要由我院2015iChEM博士生蘇海勝完成,馮慧姝、趙慶慶、張霞光、孫娟娟、何玉韓、黃聲超、黃騰翔等參與了論文的研究工作。此外,劉佳、陶丹丹、魏錦泓也爲實驗提供了幫助。研究工作得到科技部和國家自然科學基金委員會資助。

針尖增強拉曼光譜研究在過氧化氫中硫醇分子在钯金雙金屬表界面的氧化行爲

論文鏈接:https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/jacs.9b10512

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