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李剑锋/董金超/林秀梅等Nat. Commum.：碱性HER的机理研究！

来源：时间：2023-09-07 09:57:51 浏览：1029次

第一作者：Xing Chen、Xiao-Ting Wang、Jia-Bo Le

通讯作者：李剑锋教授、董金超教授、林秀梅副教授

通讯单位：厦门大学

DOI: 10.1038/s41467-023-41030-1

01

研究背景

钌（Ru）表现出与铂（Pt）相当甚至更好的碱性析氢反应（HER）活性，但其机理尚未确定。由于Au核的等离子体增强效应，核-壳纳米粒子增强拉曼光谱可以以单分子灵敏度提供从100cm^-1-4000cm^-1的波数范围内的光谱信息，其允许在低波数区域（<800cm^-1）的光谱信号，在大多数氧、羟基和金属氧化物键发生。基于此，厦门大学李剑锋教授等人用原位拉曼光谱在55 nm Au@2.5 nm Ru NPs监测Ru催化剂表面的碱性HER过程。结合同时获得的界面水、两种不同的*H和*OH的直接和动态光谱证据和DFT计算结果，概述了Ru表面碱性HER机理的详细示意图：包括界面水的解离、*H和*OH中间体的吸附，以及它们在不同价态下与Ru表面的相互作用。

02

文章要点

1、作者通过构建Au@Ru核壳纳米颗粒（NPs），对Ru催化剂表面的碱性HER过程进行了原位跟踪，同时捕获了Ru催化剂表面在不同价态（RuO_x）、三种不同结构的界面水（4-HB·H₂O、2-HB·H₂O和Na·H₂O）、两种不同的*H和*OH中间体以及它们之间的相互作用的动态光谱证据。揭示了它们在碱性HER中的独特作用，允许价界面水和中间体活性关系和碱性HER机制与催化活性的提高。

2、结果表明，在碱性HER过程中，界面水在Ru催化剂表面的关键作用。Na·H₂O的局部阳离子调谐效应和高价Ru（n⁺）表面的大功函数诱导了更强的相互作用，促进了界面水的解离。高价Ru（n⁺）表面对界面反应过程中的水、*H和*OH具有更温和的吸附能。最后，OH_ad作为一个电子有利的质子受体或几何上有利的质子供体促进了界面的作用。

03

图文展示