鈷基催化材料水解製氫機製

新華社合肥1月2日電 近jin期qi

，中zhong國guo科ke學xue技ji術shu大da學xue科ke研yan團tuan隊dui利li用yong同tong步bu輻fu射she光guang源yuan開kai發fa出chu新xin技ji術shu
，在zai國guo際ji上shang首shou次ci精jing確que鑒jian別bie了le鈷gu基ji催cui化hua在zai水shui解jie製zhi氫qing過guo程cheng中zhong的de結jie構gou和he過guo程cheng，為wei揭jie示shi催cui化hua原yuan理li
、提高轉化效率邁出重要一步
，研究成果於2019年1月1日在線發表在《自然·催化》期刊上(Nature Catalysis DOI:10.1038/s41929-018-0203-5)。

cuihuashitishengshuijieqingnengliangzhuanhuaxiaolvdeguanjianyihuan。yinci，tanmingcuihuaguochengyijicuihuacailiaozaigongzuozhuangtaixiadejiegoufeichangzhongyao。zhongguokexuejishudaxueguojiatongbufusheshiyanshiweishiqiang
、姚濤教授課題組和化學與材料學院楊金龍教授課題組合作，發展了原位同步輻射XAFSjishujiehelilunjisuan
，jingquejianbiechugujicuihuajizaidiancuihuaxiqingfanyingguochengzhonghuoxingweidiandezhenshijiegouhedongtaiyanhuaguocheng，jiekailecuihuacailiaozaishijigongzuozhuangtaizhongdezhenshimiansha。

研究團隊依托合肥、北京和上海同步輻射光源建立了在線Operando XAFS測(ce)試(shi)裝(zhuang)置(zhi)
，實(shi)時(shi)監(jian)測(ce)高(gao)度(du)均(jun)一(yi)的(de)鈷(gu)基(ji)單(dan)原(yuan)子(zi)催(cui)化(hua)材(cai)料(liao)在(zai)堿(jian)性(xing)電(dian)催(cui)化(hua)析(xi)氫(qing)反(fan)應(ying)環(huan)境(jing)下(xia)原(yuan)子(zi)和(he)電(dian)子(zi)結(jie)構(gou)的(de)演(yan)變(bian)過(guo)程(cheng)。研(yan)究(jiu)人(ren)員(yuan)觀(guan)察(cha)到(dao)，在(zai)反(fan)應(ying)過(guo)程(cheng)中(zhong)該(gai)催(cui)化(hua)材(cai)料(liao)並(bing)非(fei)始(shi)終(zhong)維(wei)持(chi)初(chu)始(shi)的(de)“Co1-N4”結構
，而是先進行自我優化，吸附溶液中的氫氧根離子形成高氧化態的“HO-Co1-N2”活性中心，隨著電位的增加
，水吸附到活性中心生成“H2O-(HO-Co1-N2)”反應中間體。理論計算證實了這些中間體構型並進一步揭示了反應的機理。性能實驗表明，此高活性的催化材料在析氫反應中僅需89 mV過電位即可達到10 mA·cm-2的電流密度，性能和穩定性均已接近目前商業貴金屬鉑碳納米催化劑，展現了其潛在的應用前景。

“催化材料幫助水分子分解出氫分子
，使用同步輻射儲存環中引出來的電子束，照在材料反應的表麵，可以將這個過程精細地反映出來。”姚濤說。

shangyeguijinshubotancuihuajishidangqiangongrendegaoxiaowendingdexiqingcailiao。xuezhemenyanjiufaxian，gujicuihuacailiaodexingnenghewendingxingjiejinbotancuihuaji
，danchengbenbudaoqiyiban，zhanxianchuqianzaideguangkuoyingyongqianjing。

中國科大博士生曹林林、特任副研究員羅其全和博士後劉煒是論文的共同第一作者。該研究得到了科技部重點研發計劃、國家自然科學基金、中科院青年創新促進會專項資金等項目的資助。

附論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41929-018-0203-5