双金属表面氧活性物种演化的纳米尺度研究

厦门大学化学化工学院任斌教授课题组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,相关结果以“Probing the Local Generation and Diffusion of Active Oxygen Species on a Pd/Au Bimetallic Surface by Tip-Enhanced Raman Spectroscopy”为题,于2020年1月1日发表于《美国化学会志》(J. Am. Chem. Soc. 2020, DOI: 10.1021/jacs.9b10512)。

氧活性物种是氧还原反应(ORR)、析氧反应(OER)等重要催化反应的一类关键中间产物。对氧活性物种的原位表征对理解相关催化过程的发生机制,从而理性指导催化剂的制备具有重要意义。然而,从纳米尺度和分子水平揭示动态变化的异相催化剂表界面的构效关系仍极具挑战。

课题组利用针尖增强拉曼光谱(tip-enhanced Raman spectroscopy, TERS)从纳米尺度研究在过氧化氢(H2O2)存在下,硫醇氧化反应过程中羟基自由基这一氧活性物种在钯/金(Pd/Au)双金属表界面的形成与分布。高活性的羟基自由基可以由金属催化剂诱导生成,从而介导金属表面上作为探针的硫醇分子的氧化,使其从表面脱附。通过对未反应的硫醇分子的TERS成像,发现Pd位点是产生羟基自由基的活性位点,并且Pd边缘位具有更强的催化活性。同时观察到羟基自由基由边缘位Pd位点产生并向四周的扩散行为,其扩散长度约为5.4 nm,对应的寿命在纳秒(10-9 s)尺度。该工作首次利用TERS在纳米尺度下观察到了双金属催化剂的表面活性位,为继续对相关体系进行原位表征提供了重要的表征工具。利用具有较大拉曼散射截面的分子作为探针可以非常有效的表征小分子的动态行为,这为未来TERS研究小分子体系提供了新的方法。

该工作是在任斌教授和钟锦辉博士(已毕业厦大iChEM博士生,现德国Carl von Ossietzky University博士后)共同指导下完成,实验部分主要由2015级iChEM博士生苏海胜完成,冯慧姝、赵庆庆、张霞光、孙娟娟、何玉韩、黄声超、黄腾翔等参与了论文的研究工作。此外,刘佳、陶丹丹、魏锦泓也为实验提供了帮助。研究工作得到科技部和国家自然科学基金委员会资助。



针尖增强拉曼光谱研究在过氧化氢中硫醇分子在钯金双金属表界面的氧化行为

论文链接:https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/jacs.9b10512

发布日期:2020/1/9 发布者:网站管理员 点击数:152