Please wait a minute...
图/表 详细信息
XAFS技术在单原子电催化中的应用
汪思聪, 庞贝贝, 刘潇康, 丁韬, 姚涛
高等学校化学学报    2022, 43 (9): 20220487-.   DOI:10.7503/cjcu20220487
摘要   (1986 HTML66 PDF(pc) (16209KB)(635)  

X射线吸收精细谱学(XAFS)技术是从20世纪80年代开始逐渐发展起来的一种材料表征技术, 具有对中心吸收原子的局域结构和化学环境敏感的特征, 非常适合表征单原子催化剂. 本文从XAFS技术的原理和特点出发, 深入探讨了该技术在电催化水分解、 燃料电池阴极反应和二氧化碳电化学还原等多个单原子催化应用场景下的独特作用, 并展望了XAFS技术在单原子电催化领域的未来发展与应用前景, 以期为更深入明确的单原子催化剂结构表征和电催化机理描述提供指导.



View image in article
Fig.13 The in situ XAFS analysis of Cu1/Au catalyst[53]
(A) The least-squares curve-fitting analysis of operando EXAFS spectra at the Cu K-edge; (B) corresponding Re[k3χk)] oscillations; (C) Cu K-edge XANES experimental spectra of the sample under ex situ condition and -0.6 V and the calculated spectra for Cu atoms at the corner, edge, (100) plane, and (111) plane and corresponding configurations; (D) schematic for the coordination number of Cu atoms at different sites; (E) schematic for the surface migration of single Cu atoms under working conditions.
Copyright 2020, American Chemical Society.
正文中引用本图/表的段落
Liu等[53]在油胺乙二醇体系中制备了Cu1/Au单原子合金催化剂, 并以此为模型催化剂, 借助细致全面的原位XAFS分析[图13(A)~(C)], 深入探究了Cu原子在CO2RR工况条件下配位结构的变化. 他们对不同电压下获取的EXAFS曲线进行拟合, 探测到Cu-Au配位数在还原电位下的变化情况, 并以此为基础进行Material Studio建模, 发现Cu原子在还原电位下由Au多面体纳米颗粒的顶角位置迁移到(100)面内, 并结合DFT理论计算阐明了这一变化对Au纳米颗粒电子结构的调节作用[图13(D)]. 此工作为单原子合金催化CO2RR反应机理的研究提供了全新的思路.
(A) Fe L-edge XANES spectra of (Fe,Co)/N-C and FePc; (B) experimental 57Fe M?ssbauer transmission spectra measured at 298 K for (Fe,Co)/N-C, and fittings with spectral components; (C) N K-edge XAS spectra of Fe SAs/N-C, Co SAs/N-C, and (Fe,Co)/N-C; (D) comparison between K-edge XANES experimental spectrum of (Fe,Co)/N-C(black dashed line) and theoretical spectrum calculated with depicted structure(solid red line); (E) corresponding Fe K-edge EXAFS fittings of (Fe,Co)/N-C; (F) proposed architectures of Fe-Co dual sites; (G) preparation of (Fe,Co)/N-C. ...
1
... 电化学二氧化碳还原反应(Carbon dioxide Reduction Reaction, CO2RR)是将温室气体CO2在电化学条件下转化为CO, CH4, HCOOH及C2H5OH等燃料和工业产品的反应, 近年来因其诱人的新能源领域应用前景得到广泛的关注[50~52]. 然而, 与研究较为充分的HER, OER和ORR等电化学反应相比, CO2RR催化剂的研制面临诸多困境, 包括CO2分子的高稳定性和低水溶解性、 CO2RR反应的机理复杂性和产物多样性、 竞争性HER反应的影响等. 单原子催化剂的催化位点结构单一, 质量活性高, 稳定性优异, 非常适用于高选择性、 高活性的CO2RR电化学反应, 受到了广泛关注. 在这些催化剂的结构表征中, XAFS技术同样发挥了不可或缺的作用. ...
0
1
... 电化学二氧化碳还原反应(Carbon dioxide Reduction Reaction, CO2RR)是将温室气体CO2在电化学条件下转化为CO, CH4, HCOOH及C2H5OH等燃料和工业产品的反应, 近年来因其诱人的新能源领域应用前景得到广泛的关注[50~52]. 然而, 与研究较为充分的HER, OER和ORR等电化学反应相比, CO2RR催化剂的研制面临诸多困境, 包括CO2分子的高稳定性和低水溶解性、 CO2RR反应的机理复杂性和产物多样性、 竞争性HER反应的影响等. 单原子催化剂的催化位点结构单一, 质量活性高, 稳定性优异, 非常适用于高选择性、 高活性的CO2RR电化学反应, 受到了广泛关注. 在这些催化剂的结构表征中, XAFS技术同样发挥了不可或缺的作用. ...
2
... Liu等[53]在油胺乙二醇体系中制备了Cu1/Au单原子合金催化剂, 并以此为模型催化剂, 借助细致全面的原位XAFS分析[图13(A)~(C)], 深入探究了Cu原子在CO2RR工况条件下配位结构的变化. 他们对不同电压下获取的EXAFS曲线进行拟合, 探测到Cu-Au配位数在还原电位下的变化情况, 并以此为基础进行Material Studio建模, 发现Cu原子在还原电位下由Au多面体纳米颗粒的顶角位置迁移到(100)面内, 并结合DFT理论计算阐明了这一变化对Au纳米颗粒电子结构的调节作用[图13(D)]. 此工作为单原子合金催化CO2RR反应机理的研究提供了全新的思路. ...

本文的其它图/表