異相催化劑的表面應(yīng)力被認為是調(diào)控催化活性的有力策略之一，深入理解兩者的相關(guān)性對于開發(fā)高效的催化劑具有重要的意義。然而，當前納米催化劑電催化活性評價主要基于復(fù)合電極，其結(jié)果包含了導(dǎo)電碳粉、粘合劑等添加劑的貢獻。因此，有必要在單顆粒水平表征催化劑的本征催化活性并進一步建立本征構(gòu)效關(guān)系。
近日，東華大學(xué)陳前進教授和中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)曾杰教授合作，以具有相近幾何尺寸、相同晶面的鈀納米晶八面體和二十面體為模型催化劑研究體系，采用自主開發(fā)的掃描電化學(xué)池顯微鏡技術(shù)（Scanning Electrochemistry Cell Microscopy, SECCM）實現(xiàn)了單顆粒水平的納米晶表面應(yīng)力與電催化析氫反應(yīng)活性關(guān)系研究。
單個Pd納米晶顆粒的SECCM測量示意圖 在這項工作中，作者首先合成了單分散Pd 八面體和二十面體并將其離散的分散在玻璃碳電極表面。利用掃描電化學(xué)池顯微鏡技術(shù)，實現(xiàn)單個Pd納米晶表面電化學(xué)析氫反應(yīng)的測量?；趩晤w粒的HER極化曲線，計算得到電流密度和TOF值并獲得統(tǒng)計結(jié)果，在–0.87 V vs RHE 電位下，Pd 八面體和Pd 二十面體HER平均電流密度分別為–1929 and –4002 mA·cm-2，TOF值分別為4427 and 9178 s-1，后者表現(xiàn)出更為優(yōu)越的活性。進一步結(jié)合共定位的掃描電子顯微成像（SEM），建立顆粒結(jié)構(gòu)與本征活性的直接關(guān)聯(lián)。 (a-d) Pd八面體和（e-h）二十面體納米晶顆粒的SECCM電化學(xué)成像 （單個Pd納米晶顆粒平均LSV曲線和電流密度統(tǒng)計圖） 基于晶格參數(shù)和表面應(yīng)力理論計算，Pd 二十面體（111）晶面中心區(qū)域存在明顯的拉伸應(yīng)力，而八面體表面沒有應(yīng)力。作者認為催化劑的這種局域應(yīng)力是造成其更高HER活性的原因。該工作為表面應(yīng)力與催化活性間的依賴性提供了直接的有利證據(jù)，并為廣泛探究應(yīng)力效應(yīng)對電催化反應(yīng)的調(diào)控提供了新的策略。 論文信息 Exploring the Strain Effect in Single Particle Electrochemistry using Pd Nanocrystals Jiao Zhao, Dr. Menglin Wang, Yu Peng, Jie Ni, Sunpei Hu, Prof.?Dr. Jie Zeng, Prof.?Dr. Qianjin Chen Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202304424
