12月11日，《德國應(yīng)用化學(xué)》（Angewandte Chemie International Edition）雜志在線刊發(fā)了化學(xué)與化工學(xué)院王得麗教授團(tuán)隊(duì)的最新研究成果“動(dòng)態(tài)晶格氫遷移提升Pd@Pt核殼結(jié)構(gòu)催化劑堿性氫氧化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)”（Improving Alkaline Hydrogen Oxidation through Dynamic Lattice Hydrogen Migration in Pd@Pt Core–Shell Electrocatalysts, Angew. Chem. Int. Ed. DOI: 10.1002/anie.202315148）
理性設(shè)計(jì)多組分協(xié)同的低成本、高活性氫電催化劑是實(shí)現(xiàn)“綠氫”從上游制取到末端應(yīng)用的關(guān)鍵。因此，深入剖析催化反應(yīng)機(jī)理和各組分之間的協(xié)同機(jī)制尤為重要。然而，氫原子的半徑在10-10米數(shù)量級(jí)，極小的尺寸使得其在電催化反應(yīng)過程中的動(dòng)態(tài)軌跡難以捕捉，這也給探究反應(yīng)界面的“黑盒子”帶來極大阻礙。
圖1. 動(dòng)態(tài)晶格氫遷移機(jī)制理解氫電催化微觀反應(yīng)路徑
基于此，王得麗教授團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出以金屬鈀（Pd）作為研究模型，其獨(dú)特的儲(chǔ)氫行為可以使被吸收進(jìn)入Pd晶格中的活性氫作為探針，靈敏地監(jiān)測氫中間體在動(dòng)態(tài)反應(yīng)過程中的行動(dòng)路徑。之后借助在金屬Pd表面修飾鉑（Pt）殼層的方式，利用Pd@Pt核殼結(jié)構(gòu)模型提出了一種新的動(dòng)態(tài)晶格氫遷移機(jī)制用于理解氫電催化的微觀反應(yīng)路徑，即：表面的Pt原子層促進(jìn)氫氣分子（H2）均裂產(chǎn)生活性氫中間體H*，在極化作用下H*被吸收進(jìn)入內(nèi)部的Pd核晶格中原位形成PdHx@Pt，所釋放出的空位Pt有利于增大催化劑表面的H覆蓋度。在陽極極化作用下，核內(nèi)部原位形成的PdHx能夠作為活性H*儲(chǔ)層促使H*從內(nèi)部擴(kuò)散到表面發(fā)生氧化生成水（H2O）。PdHx的形成增加了反應(yīng)中間體H*物種的來源，并且誘導(dǎo)電子效應(yīng)降低氫電催化反應(yīng)的速控步驟能壘。上述機(jī)制的提出為理解氫電催化反應(yīng)的微觀機(jī)制注入新的活力，也為拓寬氫電催化劑的視野提供了新的方向。
圖2. 王得麗教授（右一）指導(dǎo)學(xué)生
我校為該項(xiàng)工作的第一完成單位及通訊單位，化學(xué)與化工學(xué)院趙桐輝博士為該論文的第一作者，王得麗教授為論文通訊作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金（91963109）、中部高校基礎(chǔ)科研基金（2019kfyRC-PY100）以及中國博士后科學(xué)基金（2021M703071）的資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1002/anie.202315148
