上海光源in-house研究在电解水原位XAFS探测方法取得重要进展

2018/09/19 | 【 【打印】【关闭】 | 访问次数:
        电催化是一种高效的能源转化途径,广泛应用在燃料电池、锂离子空气电池以及电解水等重要的能源转换技术领域,是目前国际能源领域研究热点之一。电催化剂研发的关键在于从分子水平上表征材料在原位工作环境下的状态,然而在复杂的原位环境(强碱环境,外加电位等)条件下获取的XAFS实验数据往往质量较差,成为影响XAFS谱学用户发表高水平成果的重要因素之一。上海应用物理研究所近期在原位电化学XAFS探测方法上取得重要进展,利用自主研制的先进原位装置,对一种模型催化剂观察到外加电位下催化剂呈现出电压依赖的“活性相”演化过程。相关研究成果发表在近期的美国化学会刊J. Am. Chem. Soc.上(DOI: 10.1021/jacs.8b05294)。
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(a)电化学原位XAFS装置;(b) 原位XAFS实验结果。

        XAFS高质量数据采集受到诸多因素影响,特别是光路传播途径中样品的均匀性,以及杂散光造成的影响。针对此难题,BL14W1线站科研人员发展了XAFS原位电化学实验系统,包含电化学原位反应池和XAFS信号探测两大部分,成功收集到了高质量的原位XAFS数据;并利用这套装置,对一种高催化活性的普鲁士蓝类似物(Prussian Blue Analogues,PBA)材料进行了原位研究。实验结果发现,原本具有完美立方形貌的PBA材料,在电化学作用下完全变成了一种无定形的结构,其原子构成也发生了巨大的改变。在外电势的作用下,经过脱质子反应,金属Ni离子价态呈现出电压依赖特征;同时结合DFT计算发现,高价态Ni离子可以激活其配位的部分氧原子,使其成为一个可能的活性中心位点并参与反应,从而有效促进了析氧反应(oxygen evolution reaction,OER)的活性。该工作对目前OER反应机理提供了新的实验见解,更重要的是,该装置的成功研制能够提升上海光源BL14W1线站对电化学领域用户的服务水平。
        中国科学院上海应用物理研究所苏晓智、王宇和周靖为本文共同第一作者,张硕和李炯为通讯作者,该研究成果得到了国家自然科学基金面上项目、中科院青年创新促进会的资助和支持。(材料与能源部 供稿)
        论文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.8b05294
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