廈門大學化學化工李劍鋒教授課題組在表面增強拉曼光譜（SERS）研究界面氫溢流現象方面取得進展，相關結果以“In situ Raman monitoring and manipulating of interfacial hydrogen spillover via precise fabrication of Au/TiO2/Pt sandwich structures”為題發表於《德國應用化學》(Angew. Chem. Int. Ed., DOI: 10.1002/anie.202000426)上。
氫溢流是一種普遍存在的界面過程，在這個過程中，一個位點通過裂解氫生成原子氫，然後遷移到其他位點。這些遷移的原子氫物種可以參與被吸附的分子或物質的加氫反應。這一過程會顯著影響催化劑本身的催化行為，從而改變催化劑的活性或選擇性。然而，在大多數傳統催化劑中，氫活化和分子加氫的活性位點是相同的，或者彼此非常接近，因此很難對這些過程分別進行研究。
為了克服這一關鍵的瓶頸，李劍鋒教授課題組設計了一種Au/TiO2/Pt夾層納米結構的模型催化體系，實現了10 nm空間分辨率的拉曼光譜和氫溢流中氫活化（Pt）、溢流（TiO2）、氫化反應（Au）等活性位點的分離。以對巰基硝基苯（pNTP）還原為對巰基苯胺（pATP）為探針反應，採用原位SERS研究了界面結構對催化加氫性能的影響。原位SERS研究表明，原子氫可以有效地在Pt-TiO2-Au界面溢流，氫在TiO2表面的最終溢出距離為~ 50 nm。結合動力學同位素實驗和密度泛函理論計算，發現氫的溢流是通過水輔助的表面氫氧鍵的斷裂和形成進行的。更重要的是，可以通過控制氫的溢流距離來控制硝基或異氰基加氫的選擇性。這項工作為分子層面理解界面結構對氫溢流的影響提供了幫助。
該工作是在李劍鋒教授和張華副教授共同指導下完成的。實驗部分主要由我院博士研究生魏傑完成，劉靜麗和程俊教授幫助完成了DFT計算，覃思納、晏豪、魏笛野等參與了論文的研究工作。武漢大學研究生阮翔宇、管志強教授、徐紅星院士提供了FIB-TEM方面的幫助。此外，殷昊、林隆輝、李梅也為實驗提供了幫助。該研究工作得到國家自然科學基金、中央高校基本科研業務費、福建省自然科學基金、廣東省自然科學基金等的資助和支持。
來源 廈門大學
論文鏈接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202000426
