據悉，水分子直接參與眾多重要的電催化反應，但對處于固液兩相界面的水分子在電催化反應過程中的結構變化與作用機制研究一直是電化學領域的難點。近日，廈門大學化學化工學院李劍鋒教授課題組與北京大學深圳研究生院潘鋒教授團隊合作，利用電化學原位拉曼光譜技術揭示了界面水分子結構，解開了界面水分子結構如何調控電催化反應這一科研難題，為提升電催化反應速率、進一步指導綠色制氫提供了一種新的策略。這一研究成果于12月2日刊登于《自然》雜志。
研究團隊利用原位表面增強拉曼光譜技術，在電催化析氫反應過程中，對鈀單晶電極/溶液界面水分子的構型及其動態變化過程進行實時監測。研究人員發現，電極/溶液界面除了已知的含有氫鍵的水分子之外，界面上還有一類與陽離子鍵合的水分子。后者在陽離子和負電極電勢協同作用下，無序的水分子排布成更為有序的特殊結構。這種結構可以加速電極與水分子間的電荷轉移，進而極大提升電催化反應析氫的速率，為指導綠色制氫提供新的理論途徑。
研究顯示，這類界面水分子比氫鍵水分子更加接近電極表面，可以提高其和電極表面間的電荷轉移效率，極大提升電催化析氫反應速率。提高陽離子的濃度和價態會進一步增加界面區有序水分子的含量，進一步提高電催化析氫反應速率。
研究還發現單晶電極的晶面結構和電子結構都將影響陽離子鍵合水分子的含量和電催化析氫反應速率，證實了陽離子鍵合水分子加速電催化析氫反應速率具有普適性。該研究從單晶模型體系出發，深入認識界面水分子結構對電催化反應過程的調控機制，解決了困擾電化學領域長期存在的難題。
中華人民共和國國家發展和改革委員會 中華人民共和國工業和信息化部 中華人民共和國應急管理部 中華人民共和國生態環境部 中華人民共和國科學技術部 中華人民共和國財政部 中華人民共和國商務部 中國石油和化學工業聯合會
江蘇省發展和改革委員會 江蘇省工業和信息化廳 江蘇省財政廳 江蘇省生態環境廳 江蘇省科學技術廳 江蘇省商務廳 江蘇省應急管理廳 江蘇省市場監督管理局 江蘇省統計局
北京市化學工業協會 天津市石油和化工協會 遼寧省石油和化學工業協會 內蒙古石油和化學工業協會 重慶市石油與天然氣學會 河北省石油和化學工業協會 山西省化學工業協會 吉林省能源協會 黑龍江省石化行業協會 浙江省石油和化學工業行業協會 安徽省石油和化學工業協會 福建省石油和化學工業協會 江西省石油和化學工業協會 河南省石油和化學工業協會 湖北省石化行業協會 湖南省石油化學工業協會 廣東省石油和化學工業協會 海南省石油和化學工業行業協會 四川省化工行業協會 貴州省化學工業協會 云南省化工行業協會 陜西省經濟聯合會 甘肅省石化工業協會 青海省化工協會
電話：協會：025-8799064 學會：025-86799482
會員服務部：025-86918841
信息部：025-86910067
傳真：025-83755381
郵箱：jshghyxh@163.com
郵編：210019
地址：南京市夢都大街50號東樓(省科技工作者活動中心)5樓
增值電信業務經營許可證：蘇B2-20110130
備案號：蘇ICP備13033418號-1
