【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】近日，中國(guó)科學(xué)院院士、中科院大連化學(xué)物理研究所催化國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室分子催化與原位表征研究組研究員李燦與研究員范峰滔等在液相原位電化學(xué)成像的研究方面取得新進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)了電催化過(guò)程中電荷轉(zhuǎn)移過(guò)程的納米尺度直觀成像，直接觀察到金屬電極在微納尺度存在空間差異的界面內(nèi)電勢(shì)差，突破了人們?cè)趥鹘y(tǒng)電化學(xué)方面對(duì)電子轉(zhuǎn)移過(guò)程的認(rèn)識(shí)。
 

　　電化學(xué)反應(yīng)的內(nèi)在驅(qū)動(dòng)力是電化學(xué)勢(shì)，而電化學(xué)勢(shì)的決定因素是界面內(nèi)電位差，即電子轉(zhuǎn)移情況。如何探測(cè)界面電勢(shì)的局域分布，揭示其與電子轉(zhuǎn)移動(dòng)力學(xué)之間的內(nèi)在關(guān)系對(duì)于理解納米催化劑的反應(yīng)機(jī)理十分重要。長(zhǎng)期以來(lái)，研究人員設(shè)想通過(guò)納米探針觀測(cè)反應(yīng)過(guò)程的電子轉(zhuǎn)移情況，但該尺度下的電流微弱，常受到外界噪音干擾。另外，液相中化學(xué)物種的擴(kuò)散過(guò)程常使電化學(xué)成像難以穩(wěn)定。在電催化過(guò)程中，催化反應(yīng)與電子轉(zhuǎn)移過(guò)程卷積在一起，使得該電子轉(zhuǎn)移過(guò)程難以直接探測(cè)。
 

　　該工作中，李燦團(tuán)隊(duì)建立了具有納米級(jí)空間分辨率的原子力顯微鏡和掃描電化學(xué)成像聯(lián)用的表征方法。該方法利用納米探針的移動(dòng)掃描測(cè)量了能夠轉(zhuǎn)移電子的外球電對(duì)分子和催化產(chǎn)物分子的局域分布，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電子轉(zhuǎn)移過(guò)程和電催化反應(yīng)過(guò)程的原位反應(yīng)成像。在金屬納米顆粒上的電子轉(zhuǎn)移成像發(fā)現(xiàn)，該過(guò)程呈現(xiàn)位點(diǎn)依賴的空間異質(zhì)性，突破了人們對(duì)金屬電極上電子轉(zhuǎn)移過(guò)程的微觀認(rèn)識(shí)。通過(guò)解耦傳質(zhì)效應(yīng)對(duì)界面電子轉(zhuǎn)移的干擾，數(shù)學(xué)建模的有限元方法提取速率常數(shù)和內(nèi)電勢(shì)差測(cè)量等實(shí)驗(yàn)，研究揭示了空間差異的界面內(nèi)電勢(shì)差與電子轉(zhuǎn)移速率常數(shù)對(duì)數(shù)間的線性關(guān)系。該方法在電化學(xué)領(lǐng)域?qū)﹄娮愚D(zhuǎn)移過(guò)程和催化反應(yīng)實(shí)現(xiàn)原位觀測(cè)，為原位成像技術(shù)的發(fā)展以及電催化過(guò)程機(jī)理探測(cè)方面提供新思路。國(guó)際同行認(rèn)為，該工作是原位掃描電化學(xué)探針技術(shù)的新里程碑，使人們可以從物理化學(xué)底層原理出發(fā)，發(fā)現(xiàn)納米催化劑的結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系。
 

　　相關(guān)研究成果以Visualizing the Spatial Heterogeneity of Electron Transfer on a Metallic Nanoplate Prism為題，發(fā)表在《納米快報(bào)》(Nano Letters)上。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、“人工光合成”基礎(chǔ)科學(xué)中心項(xiàng)目、中科院和大連化物所等的資助。