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科學家獲得界麵水分子結構 為綠色製氫提供新途徑

所屬分類:時事聚焦    發布時間: 2021-12-09    作者:http://www.cyfjdb.com/
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原標題:科學家獲得界麵水分子結構 為綠色製氫提供新途徑

科技日報訊 (記者符曉波)水分子直接參與眾多重要的電催化反應,但對處於固液兩相界麵的水分子在電催化反應過程中的結構變化與作用機製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麵水分子結構,解開了界麵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、進一步指導綠色製氫提供了一種新的策略。這一研究成果於12月2日刊登於《自然》雜誌。

研究團隊利用原位表麵增強拉曼光譜技術,在電催化析氫反應過程中,對鈀單晶電極/溶液界麵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/溶液界麵除了已知的含有氫鍵的水分子之外,界麵上還有一類與陽離子鍵合的水分子。後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,為指導綠色製氫提供新的理論途徑。

研究顯示,這類界麵水分子比氫鍵水分子更加接近電極表麵,可以提高其和電極表麵間的電荷轉移效率,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麵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麵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係出發,深入認識界麵水分子結構對電催化反應過程的調控機製,解決了困擾電化學領域長期存在的難題。

(責編:羅知之、陳鍵)

文章來源:人民網