随着能源需求的增加，电催化成为能量转换的重要工具。利用原位光谱表征技术阐明电催化机理可以为制备高效电催化剂提供实验指导。表面增强拉曼光谱(SERS)可以为超痕量表面物种提供丰富的光谱信息，非常适合研究它们的活性。

有鉴于此，厦门大学李剑锋教授、董金超等人，主要讨论了SERS技术在不同电催化反应(如氧还原反应)和不同纳米结构表面上的应用，并对其发展进行简要展望。

本文要点

1）自发现以来，SERS已广泛应用于各个领域。特别地，原位SERS与电化学的结合已广泛用于电催化领域。然而，SERS应用受到衬底材料和形态通用性的限制，因此已使用各种策略来改进该技术。为了提高材料和形态的通用性，研究人员采用了不同种类的纳米结构，这些结构在SERS技术的发展中发挥了重要作用。为了获得有效的拉曼增强效果，已经提出了不同的策略，如所谓的借用壳层隔离模式增强和壳层隔离纳米颗粒增强拉曼光谱(SHINERS)-卫星结构，这些方法使SERS应用于各种电催化体系成为可能。

2）总结了改善SERS的材料和形态通用性的不同策略，其中包括TM的直接粗化，借用策略，SHINERS和SHINERS卫星结构。这些策略极大地促进了SERS在电催化中的应用，不仅包括在粗糙的金属表面和模型单晶系统中，还包括在实际的电催化系统中的应用。另外，该方法在确定反应机理和探索构效关系方面具有重要意义。尽管上述新的SHINERS技术解决了SERS技术在电催化系统中遇到的大多数难题，但SHINERS仍然存在一些缺点。例如，SHINERS纳米颗粒通常在酸性溶液中非常稳定，但是二氧化硅壳可以溶解在pH> 12的溶液中。

此外，SHINERS无法在高温条件下（> 300°C）长时间保持SERS活性。因此，已经做出了各种努力来开发克服这些限制的方法。例如，已经使用不同的材料来制备不同的壳体。

3）而且，尽管SHINERS技术具有极高的表面灵敏度，但SHINERS的空间分辨率远不如尖端增强拉曼光谱（TERS）技术。TERS技术以其优越的空间分辨率而闻名，，可以在单分子水平上反映化学和分子结构。为了解决这个问题，开发了一种壳隔离TERS技术，在裸露的TERS尖端涂上一层薄的、无针孔的二氧化硅外壳。由于尖端受到超薄的化学惰性SiO₂壳层的保护，可以获得更精确的表面分子和物种的拉曼信号。此外，除了上述反应（甲醇电氧化，ORR，HER和CO₂RR）外，这些结构还可用于研究不同的电催化反应（如羟胺还原和电催化加氢）和光电催化反应（用于原位监测光热机理和热载流子途径，以提高光电催化反应的效率）。除此之外，这些核-壳策略不仅广泛用于SERS中，而且还可以在其他光谱技术中得到很好的发展，例如在表面增强红外光谱，等离激元增强的SHG，表面增强的荧光和SFG中。

参考文献：

Bao-Ying Wen et al. In Situ Surface-Enhanced Raman Spectroscopy Characterization of Electrocatalysis with Different Nanostructures. Annual Review of Physical Chemistry, 2021.

DOI: 10.1146/annurev-physchem-090519-034645

https://doi.org/10.1146/annurev-physchem-090519-034645