氫氧化反應雙功能機理中吸附羥基中間體的光譜驗證

2021-01-09 科學網

氫氧化反應雙功能機理中吸附羥基中間體的光譜驗證

作者：

小柯機器人

發布時間：2020/12/19 15:30:11

廈門大學李劍鋒團隊實現氫氧化反應雙功能機理中吸附羥基中間體的光譜驗證。2020年12月16日，國際知名學術期刊《德國應用化學》在線發表了這一成果。

通過使用原位電化學表面增強拉曼光譜（SERS）和密度泛函理論（DFT）計算，研究人員揭示了PtNi合金和純Pt表面上的氫氧化反應（HOR）過程。光譜證據表明，在鹼性條件下，PtNi合金表面吸附的羥基化合物（OH ad）直接參與HOR過程。但是，在HOR期間未在純Pt表面上觀察到OH ad化合物。

研究人員表明，鎳摻雜促進了羥基在Pt合金催化表面上的吸附，從而提高了HOR活性。DFT計算還表明，自由能因羥基吸附而降低。因此，研究人員提供了在HOR期間親氧金屬表面上存在OH ad中間化合物的直接證據，並推斷出其在提高HOR活性和速率方面的重要作用。因此，通過設計雙功能催化劑調節OH的吸附是提高HOR活性的有效方法。

據了解，闡明鹼性條件下的HOR機理對於理解和提高陰離子交換膜燃料電池（AEMFC）的效率至關重要。但是，由於缺乏反應中間體的直接原位證據，鹼性HOR機理仍存在不確定性。

附：英文原文

Title: Spectroscopic Verification of Adsorbed Hydroxyl Intermediate in the Bifunctional Mechanism of Hydrogen Oxidation Reaction

Author: Yao-Hui Wang, Xiao-Ting Wang, Huajie Ze, Xia-Guang Zhang, Petar M. Radjenovic, Yue-Jiao Zhang, Jin-Chao Dong, Zhong-Qun Tian, Jian-Feng Li

Issue&Volume: 16 December 2020

Abstract: Elucidating hydrogen oxidation reaction (HOR) mechanisms in alkaline conditions is vital for understanding and improving the efficiency of anion‐exchange membrane fuel cells (AEMFCs). However, uncertainty remains around the alkaline HOR mechanism due to a lack of direct  in situ  evidence of the reaction intermediates. Herein,  in situ  electrochemical surface‐enhanced Raman spectroscopy (SERS) and density functional theory (DFT) calculations were used to study HOR processes on both PtNi alloy and pure Pt surfaces. Spectroscopic evidence indicates that adsorbed hydroxyl species (OH  ad  ) were directly involved in HOR processes in alkaline conditions on the PtNi alloy surface. However, OH  ad  species were not observed on the surface of pure Pt during the HOR. We show that Ni doping promoted hydroxyl adsorption on the Pt‐alloy catalytic surface, improving the HOR activity. DFT calculations also suggest that the free energy was decreased by hydroxyl adsorption. Thus, we provide direct evidence of the presence of the OH  ad  intermediate species on an oxophilic metal surface during the HOR and deduce its important role in improving the HOR activity and rate. Consequently, tuning OH adsorption by designing bifunctional catalysts is an efficient method for promoting HOR activity.

DOI: 10.1002/anie.202015571

Source: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202015571

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