厦门大学化学化工李剑锋教授课题组在表面增强拉曼光谱（SERS）研究界面氢溢流现象方面取得进展，相关结果以“In situ Raman monitoring and manipulating of interfacial hydrogen spillover via precise fabrication of Au/TiO2/Pt sandwich structures”为题发表于《德国应用化学》(Angew. Chem. Int. Ed., DOI: 10.1002/anie.202000426)上。
氢溢流是一种普遍存在的界面过程，在这个过程中，一个位点通过裂解氢生成原子氢，然后迁移到其他位点。这些迁移的原子氢物种可以参与被吸附的分子或物质的加氢反应。这一过程会显著影响催化剂本身的催化行为，从而改变催化剂的活性或选择性。然而，在大多数传统催化剂中，氢活化和分子加氢的活性位点是相同的，或者彼此非常接近，因此很难对这些过程分别进行研究。
为了克服这一关键的瓶颈，李剑锋教授课题组设计了一种Au/TiO2/Pt夹层纳米结构的模型催化体系，实现了10 nm空间分辨率的拉曼光谱和氢溢流中氢活化（Pt）、溢流（TiO2）、氢化反应（Au）等活性位点的分离。以对巯基硝基苯（pNTP）还原为对巯基苯胺（pATP）为探针反应，采用原位SERS研究了界面结构对催化加氢性能的影响。原位SERS研究表明，原子氢可以有效地在Pt-TiO2-Au界面溢流，氢在TiO2表面的最终溢出距离为~ 50 nm。结合动力学同位素实验和密度泛函理论计算，发现氢的溢流是通过水辅助的表面氢氧键的断裂和形成进行的。更重要的是，可以通过控制氢的溢流距离来控制硝基或异氰基加氢的选择性。这项工作为分子层面理解界面结构对氢溢流的影响提供了帮助。
该工作是在李剑锋教授和张华副教授共同指导下完成的。实验部分主要由我院博士研究生魏杰完成，刘静丽和程俊教授帮助完成了DFT计算，覃思纳、晏豪、魏笛野等参与了论文的研究工作。武汉大学研究生阮翔宇、管志强教授、徐红星院士提供了FIB-TEM方面的帮助。此外，殷昊、林隆辉、李梅也为实验提供了帮助。该研究工作得到国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费、福建省自然科学基金、广东省自然科学基金等的资助和支持。
来源 厦门大学
论文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202000426
