科学家取得界面水分子结构为绿色制氢供给新途径

水分子直接参与很多重要的电催化反响，但对处于固液两相界面的水分子在电催化反响进程中的结构改变与效果机制研讨一直是电化学范畴的难点。近来，厦门大学化学化工学院李剑锋教授课题组与北京大学深圳研讨生院潘锋教授团队协作，使用电化学原位拉曼光谱技能提醒了界面水分子结构，解开了界面水分子结构怎么调控电催化反响这一科研难题，为进步电催化反响速率、进一步辅导绿色制氢供给了一种新的战略。这一研讨成果于12月2日刊登于《天然》杂志。

研讨团队使用原位外表增强拉曼光谱技能，在电催化析氢反响进程中，对钯单晶电极/溶液界面水分子的构型及其动态改变进程进行实时监测。研讨人员发现，电极/溶液界面除了已知的含有氢键的水分子之外，界面上还有一类与阳离子键合的水分子。后者在阳离子和负电极电势协同效果下，无序的水分子排布成更为有序的特别结构。这种结构能够加快电极与水分子间的电荷转移，从而极大进步电催化反响析氢的速率，为辅导绿色制氢供给新的理论途径。

研讨显现，这类界面水分子比氢键水分子愈加挨近电极外表，能够进步其和电极外表间的电荷转移功率，极大进步电催化析氢反响速率。进步阳离子的浓度和价态会进一步添加界面区有序水分子的含量，进一步进步电催化析氢反响速率。

研讨还发现单晶电极的晶面结构和电子结构都将影响阳离子键合水分子的含量和电催化析氢反响速率，证明了阳离子键合水分子加快电催化析氢反响速率具有普适性。该研讨从单晶模型系统动身，深化知道界面水分子结构对电催化反响进程的调控机制，处理了困扰电化学范畴长期存在的难题。