氧还原（ORR）是燃料电池和金属-空气电池的重要阴极反应，由于其过电位大且动力学过程缓慢，严重制约着清洁能源技术开发和应用。因此借助先进光谱技术在分子水平原位分析与监测催化剂表界面上ORR反应过程，对深入理解催化反应的构效关系和机理具有重大意义。表面增强拉曼光谱技术（SERS）是一种具有单分子灵敏度的“指纹”振动光谱技术,特别是其在低波数区域的检测优势，使得拉曼光谱可直接用于检测位于这一区域的表面氧化物、表面羟基、氧物种及金属-分子间作用等红外光谱较难分析的物种。然而，只有表面粗糙的Au、Ag、Cu等纳米结构具有较强的SERS增强能力。这就极大地限制了SERS在催化领域中的应用，特别是很难直接用于研究Pt等SERS活性较弱但在异相催化中又极其重要的体系。

最近，厦门大学李剑锋教授（点击查看介绍）课题组借助壳层隔绝的纳米粒子增强拉曼光谱技术（SHINERS），通过静电组装把纳米催化剂组装在SHINs上形成卫星结构，成功的实现了在不同pH环境中对实际纳米催化剂Pt₃Co上ORR反应过程进行了系统研究，直接发现了ORR重要中间产物*OOH光谱证据，并结合同位素取代和DFT理论计算证明了Pt₃Co上ORR是经过*OOH的联合反应机理（Associative mechanism），同时阐明了由于电子结构效应促使氧物种吸附减弱从而使得ORR性能提高。

此工作证实了基于卫星策略的SHINERS可作为原位跟踪电催化反应过程的有效方法，为纳米电催化的原位研究提供了一种新的思路。相关论文发表于Angew. Chem. Int. Ed.。

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In situ Spectroscopic Insight into the Origin of the Enhanced Performance of Bimetallic nanocatalysts towards ORR

Ya-Hao Wang, Jia-Bo Le, Wei-Qiong LI, Jie Wei, Petar Radjenovic, Hua Zhang, Xiao-Shun Zhou, Jun Cheng, Zhong-Qun Tian, Jian-Feng Li

Angew. Chem. Int. Ed., 2019, DOI: 10.1002/anie.201908907

导师介绍

李剑锋

https://www.x-mol.com/university/faculty/14062

（本稿件来自Wiley）