JACS：阴极腐蚀影响电催化CO2/N2还原的活性及稳定性？来看看基于原位电化学透射电镜的阴极腐蚀研究

材料人编辑小单 2年前 (2022-08-20) 2517浏览

导读

阴极腐蚀，即金属电极在还原电位下仍发生结构或组成改变的现象，是一种常见但却神秘的电化学过程。早在19世纪末阴极腐蚀现象就已经被发现，但直到最近，人们才对阴极腐蚀有一些微观机制的理解。

金属阴极腐蚀受金属种类、阴极电位、电解质类型及浓度等影响。目前，大多数阴极腐蚀研究工作集中在利用阴极腐蚀自上而下将块状金属转变成纳米金属颗粒上，关于阴极腐蚀过程中金属纳米颗粒形貌变化及机理的研究非常少。然而，金属纳米颗粒形貌对电催化CO2/N2/O2等反应至关重要。揭示金属纳米颗粒阴极腐蚀的动态规律及机制不但是可控制备高效电催化剂的基础，也是避免不必要腐蚀提高催化稳定性的前提。

成果掠影

近日，康奈尔大学的Abruña教授等人报道了利用原位电化学透射电镜实时研究电极-电解液界面，探索金属纳米材料阴极腐蚀过程及机制，并在此基础上，利用阴极腐蚀自上而下的合成常规方法无法制备的Au-Pt纳米合金。该研究为高效纳米电催化剂的制备、纳米材料在催化阴极反应过程中结构演变的研究提供了方法及理论，研究成果以 “Elucidating Cathodic Corrosion Mechanisms with Operando Electrochemical Transmission Electron Microscopy”为题发布在国际著名期刊Journal of the American Chemical Society上。

核心创新点

  1. 通过四维电化学原位透射电镜揭示铂电极片上纳米Au颗粒发生阴极腐蚀形成Au−Pt纳米合金的过程及机制；
  2. 揭示Pt纳米晶电化学腐蚀，从Pt（111）转化为Pt（100）和（110）动态演变过程及机制；
  3. 揭示Au−Pt纳米线通过阴极腐蚀形成Au−Pt纳米颗粒的动态演变过程

数据概览

图1 阴极腐蚀前后金属颗粒电化学特征及形貌的变化

图2 四维电化学原位透射电镜

图3 阴极腐蚀过程中的原位透射电镜研究

图4 阴极腐蚀产生Au−Pt纳米颗粒

图5 通过阴极腐蚀金属材料发生重构的机制

成果启示

金属纳米催化剂阴极腐蚀对其结构、催化活性/选择性和稳定性影响巨大。本研究表明通过理性设计阴极腐蚀进而调整纳米电催化剂的形貌和组成是制备高效催化剂、提高催化活性和选择性的一种有效手段。原位电化学透射电镜为纳米材料阴极腐蚀研究提供了有效手段，在其它电极电化学反应机制研究方面也具有很大应用潜力。

文献链接：Yao Yang, Yu-Tsun Shao, Xinyao Lu, Yan Yang, Hsin-Yu Ko, Robert A. DiStasio, Jr, Francis J. DiSalvo, David A. Muller, and Héctor D. Abruña, J. Am. Chem. Soc. 2022, https://doi.org/10.1021/jacs.2c05989

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