【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，東南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院、江蘇省富碳材料與器件工程實(shí)驗(yàn)中心的張?jiān)〗淌趫F(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種基于時(shí)間依賴電化學(xué)發(fā)光的局域pH檢測(cè)技術(shù)，首次實(shí)現(xiàn)了析氧反應(yīng)過(guò)程中催化劑表面質(zhì)子動(dòng)態(tài)的亞秒級(jí)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。相關(guān)成果以“Measurements of Local pH Gradients for Electrocatalysts in Oxygen Evolution Reaction by Electrochemiluminescence(通過(guò)電化學(xué)發(fā)光測(cè)量析氧反應(yīng)中電催化劑的局部pH梯度)”為題在化學(xué)領(lǐng)域國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》(Journal of the American Chemical Society)在線發(fā)表。
 

　　全球碳中和目標(biāo)推動(dòng)綠氫技術(shù)成為研究熱點(diǎn)，析氧反應(yīng)作為水電解的關(guān)鍵半反應(yīng)，其動(dòng)力學(xué)緩慢的核心挑戰(zhàn)源于多電子轉(zhuǎn)移過(guò)程慢和質(zhì)子生成機(jī)制不明確。眾所周知，作為一種最基本的化學(xué)物質(zhì)，質(zhì)子濃度變化在維持生命體系酸堿平衡、調(diào)控免疫反應(yīng)、影響重大疾病組織微環(huán)境等方面發(fā)揮了極其重要的作用；類似地，質(zhì)子濃度變化對(duì)電催化劑的活性位點(diǎn)、表面結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性也具有深遠(yuǎn)的影響。因此，精確獲取析氧反應(yīng)電催化劑局部質(zhì)子濃度的實(shí)時(shí)變化，對(duì)理解析氧反應(yīng)機(jī)制和改善催化劑活性至關(guān)重要。
 

　　傳統(tǒng)電化學(xué)表征技術(shù)和表面增強(qiáng)光譜等方法原則上可以檢測(cè)質(zhì)子濃度，然而受限于檢測(cè)空間、靈敏度、選擇性、響應(yīng)時(shí)間和析氧電位高等苛刻條件，目前鮮有電催化析氧反應(yīng)局部質(zhì)子濃度梯度的動(dòng)態(tài)檢測(cè)，使得析氧反應(yīng)本征電化學(xué)活性的評(píng)估和催化機(jī)制的精確理解面臨巨大挑戰(zhàn)。
 

　　東南大學(xué)張?jiān)〗淌趫F(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期從事氮化碳的結(jié)構(gòu)調(diào)控與分子傳感研究，提出將二維氮化碳與高靈敏質(zhì)子響應(yīng)染料進(jìn)行分子嫁接，能量轉(zhuǎn)移效率接近100%，不僅賦予了染料分子優(yōu)異的電化學(xué)發(fā)光特性，還利用前者的化學(xué)惰性提升了染料分子在苛刻析氧工況條件下的穩(wěn)定性，進(jìn)而成功構(gòu)建了質(zhì)子快速響應(yīng)的電化學(xué)發(fā)光探針，為實(shí)現(xiàn)析氧過(guò)程中質(zhì)子濃度梯度的原位動(dòng)態(tài)檢測(cè)奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。
 

　　該研究首次以亞秒級(jí)時(shí)間分辨率測(cè)量了析氧催化劑局部質(zhì)子濃度梯度，發(fā)現(xiàn)在3分鐘內(nèi)催化劑表面質(zhì)子濃度激增高達(dá)5個(gè)數(shù)量級(jí)，并揭示了局部高濃度質(zhì)子積累是引起電催化劑性能衰減的關(guān)鍵因素。該研究開(kāi)創(chuàng)了局域 pH 檢測(cè)的新范式，為理解電催化機(jī)制及優(yōu)化催化劑設(shè)計(jì)提供了新思路，有望助力推動(dòng)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰與碳中和的目標(biāo)。
 

　　本工作的第一作者分別為東南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院博士生王宇，碩士生周思佳、博士生鄭永軍，以及石河子大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院碩士生王永吉為共同第一作者，張?jiān)〗淌诤完惾桓苯淌跒楣餐ㄓ嵶髡撸摴ぷ鞯玫搅藝?guó)家自然科學(xué)基金的資助。