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华电杨维结/日本东北大李昊Commun Chem ：先研究表面态，再讨论活性—双原子催化的理论建模须知！

时间：2023-01-09 来源： 浏览：

华电杨维结/日本东北大李昊Commun Chem ：先研究表面态，再讨论活性—双原子催化的理论建模须知！

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电催化是提高能源利用效率的最有效技术之一。电催化反应发生在电极-电解质界面上，通常伴随着气体、液体分子和离子的传质过程。
然而，由于实验上精准表征反应面的方法尚待开发，如何研究电催化过程中催化剂的真实表面状态（如：覆盖度等）一直是一大难题。
对于近些年来在电催化领域内研究火热的双原子催化剂（dual-atom catalyst, DAC）来说，之前一些理论计算忽略了其表面真实状态的研究，这可能与真实的实验情况存在偏差，从而影响计算结论。
在对过去双原子电催化文献进行统计发现（ 图1 ），双原子在电化学下的表面态是一个被忽视的环节。
图1.  过去6年的双原子催化剂相关研究统计
基于此， 华北电力大学（保定）杨维结 、 高正阳教授课题组和日本东北大学李昊教授（通讯作者） 等人以实验和理论上广泛应用的Fe-Ni-N x -C双原子体系为例，通过计算其surface Pourbaix diagrams，发现在电化学溶液环境中，双原子催化剂的桥位以及金属活性位点会不同程度地被来自水活化的H、O和HO毒化，并且不同金属配位环境、pH和电压也会对其表面状态产生影响，从而影响催化反应的活性（ 图2-4 ）。
鉴于此，上述学者 提出了一个重要观点：在研究双原子催化剂电催化活性之前，先分析其在电催化条件下的真实表面状态是必不可少的（图5）。
图2.  pH=0时表面吸附构型及surface Pourbaix diagrams
图3.  考虑pH和电压的surface Pourbaix diagrams
图4.  不同反应电压下Fe-Ni-N x -C体系的表面占据情况
图5.  一个以表面态分析为出发点的电催化活性研究思路
Yang, W., Jia, Z., Zhou, B. et al. Surface states of dual-atom catalysts should be considered for analysis of electrocatalytic activity. Commun Chem 6 , 6 (2023). https://doi.org/10.1038/s42004-022-00810-4
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