高指数单晶表面氧还原机理研究取得重要进展

厦门大学化学化工学院李剑锋教授课题组和西班牙阿里坎特大学Juan Feliu教授课题组合作,在高指数铂单晶界面氧还原反应机理研究取得重要进展,相关研究以“Direct In Situ Raman Spectroscopic Evidence of Oxygen Reduction Reaction Intermediates at High-Index Pt(hkl) Surfaces” 为题发表于《美国化学会志》(J. Am. Chem. Soc. 2019, DOI: 10.1021/jacs.9b12803)。

作为燃料电池最重要的阴极反应,铂单晶表面氧还原机理研究受到人们的长期关注,而不同原子排布结构的铂单晶表面对ORR反应有着明显的影响。相较于低指数单晶表面,高指数单晶表面往往具有不同程度的台阶和平台原子密度,表面原子具有更低的配位数,这就使其具有更为优异的氧还原活性。一般来说,在[011]晶轴上,更高的台阶密度往往具有更高的氧还原活性,但是具有最高台阶密度的Pt(311)晶面在酸性条件下的ORR活性却低于Pt(211)晶面,研究者认为这可能是由于不同中间物种在这两个晶面上吸附能的不同所导致的,但一直缺少这方面的直接实验证据,特别是ORR关键中间物种的原位光谱证据。

在本工作中,李剑锋教授课题组利用SHINERS技术,原位获得高指数晶面Pt(211)和Pt(311)两个晶面上的ORR反应关键中间物种OOH和OH的直接拉曼光谱证据,并通过相应的氘以及氧18同位素取代实验确认谱峰指认。结合DFT理论分析,该工作认为由于OOH物种在Pt(311)表面相对较高的吸附能导致其ORR活性弱于Pt(211)晶面,这为设计高活性ORR催化剂的提供指导。

iChEM博士后董金超和2016级博士生苏敏为论文的共同第一作者,硕士生李朗,iChEM博士后乐家波、Petar Radjenovic等参与论文的研究工作和讨论。该研究工作得到国家自然科学基金、中国博士后科学基金、中国博士后创新人才支持计划、教育部能源材料化学协同创新中心(2011-iChEM)等的资助和支持。



论文链接:https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.9b12803

发布日期:2020/1/7 发布者:网站管理员 点击数:28