我院李剑锋教授课题组采用原位电化学壳层隔绝纳米粒子增强拉曼光谱（SHINERS）结合理论计算，研究了酸性溶液中CO在Pt(hkl)表面的电氧化行为。相关结果以“In Situ Raman Study of CO Electrooxidation on Pt(hkl) Single Crystal Surfaces in Acidic Solution”为题发表于《德国应用化学》(Angew. Chem. Int. Ed., DOI: 10.1002/anie.202010431)。
在质子交换膜燃料电池的研究中，阳极催化剂CO中毒的问题会导致燃料电池性能下降和寿命缩短。CO分子在Pt(hkl)单晶电极表面的吸附和电氧化是解决燃料电池催化剂Pt中毒机理的关键步骤。
在该工作中，李剑锋教授课题组利用原位SHINERS光谱技术，获得了Pt(111)和Pt(100)上顶位和桥位吸附的CO*分子的拉曼信号，而在Pt(110)表面仅观察到顶位吸附的CO*分子。另一方面，在Pt(111)和Pt(100)表面CO电氧化过程中的氧化前峰区间，原位观测到了OH*和COOH*物种形成和消失的直接光谱证据，并通过同位素取代实验和密度泛函理论进行了验证，说明OH*和COOH*物种的形成和吸附在CO分子的电氧化过程中起着至关重要的作用，并与CO电氧化过程中氧化前峰相关。
在实验结合理论的研究基础上，提出了合理的CO电氧化过程。在高氯酸的CO饱和溶液中，吸附态的CO*通过L-H机理与吸附态的OH*经由COOH*过程，COOH*分解产生CO2释放到溶液中。相反，在Pt(110)单晶表面，获得了不同的实验现象，进一步结合吸附构型和理论计算，解释了其活性较差的原因。该工作系统地研究了Pt(hkl)单晶电极表面CO的吸附和电氧化过程，为抗毒化和高效催化剂的设计提供了新的视角。
该工作的实验部分主要由我院博士研究生苏敏和董金超博士共同完成，理论计算部分由乐家波博士完成，博士生赵宇、杨伟民等参与了论文的研究工作和讨论。该研究工作得到国家自然科学基金、国家重点研发计划等的资助和支持。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/anie.202010431
