在眾多的制氫方法中，電化學(xué)水分解產(chǎn)氫是一種高效、環(huán)境友好的方法。鉑(Pt)因其對活性氫中間體的吸附和重組能力強而被廣泛認為是析氫反應(yīng)(HER)的最佳電催化劑。然而，Pt基材料豐度有限，成本高，耐久性差，促使人們探索高效的非貴金屬基堿性HER材料。根據(jù)最近的研究，揭示吸附的羥基物種(OHad)和界面水結(jié)構(gòu)的復(fù)雜作用是構(gòu)建高效HER催化劑的關(guān)鍵途徑。然而，由于準確獲得界面水分子和OHad的光譜數(shù)據(jù)存在困難，精確調(diào)制這些相互作用的方法仍然有限。
近年來，表面增強拉曼光譜學(xué)(SERS)作為一種強大的表征技術(shù)，在闡明電催化反應(yīng)機理方面得到了廣泛的應(yīng)用。基于此，廈門大學(xué)李劍鋒和張月皎等首次用核殼Au/Ni(OH)2納米顆粒增強拉曼光譜學(xué)，提供了直接的動態(tài)光譜證據(jù)，說明了界面水分子和吸附羥基物種(OHad)之間的相互作用對Ni(OH)2的HER性質(zhì)的影響。值得注意的是，OHad和界面水分子之間的相互作用促進了弱氫鍵水的形成，形成了一個有利于改善HER性能的環(huán)境。當(dāng)與理論計算相比較時，這些觀察結(jié)果顯示了一個動態(tài)的相互作用，其中OHad作為一個介體，吸引水分子，以創(chuàng)建一個金屬-OHad-H2O結(jié)構(gòu)，這導(dǎo)致在界面水中形成更多的游離O-H鍵，并促進了它們在HER過程中的參與。此外，研究人員根據(jù)理論計算結(jié)果揭示了具有Ni中心的Ni(OH)2表面上的HER機制：在Ni(OH)2表面，表面的氫鍵和水分子之間的氫鍵最初導(dǎo)致了弱氫鍵2HB-H2O的出現(xiàn)。這種水分子表現(xiàn)出較高的HER反應(yīng)傾向，而生成的Had在缺陷部位優(yōu)先被Ni螯合。同時，在整個催化序列中，OHad中的質(zhì)子積極參與HER途徑，從Ni(OH)2到NiO的轉(zhuǎn)化可以證明這一點。因此，由OHad物種介導(dǎo)的水的吸附可能是HER活性優(yōu)化的關(guān)鍵因素。總的來說，該項工作強調(diào)了EDL微結(jié)構(gòu)在電催化反應(yīng)動力學(xué)中的重要性，并證明了裁剪界面微環(huán)境對于提高電催化性能的潛力。In situ probing the structure change and interaction of interfacial water and hydroxyl Intermediates on Ni(OH)2 surface over water splitting. Journal of the American Chemical Society, 2024. DOI: 10.1021/jacs.4c00948
