带电界面处的质子活性是用于制造化学品和燃料的质子耦合电子转移 (PCET) 反应动力学的核心。
有鉴于此，麻省理工Yang shao-horn教授等人，利用在铂和金的界面层中的质子离子液体库来改变局部的质子活性，其中固有的氧还原反应(ORR)活性提高了5倍，表现出对离子液体pKa的火山状依赖性。
本文要点
1）ORR 活性与酸中金和铂表面的离子液体（作为质子供体）的 pKa 形成火山关系。增强的 ORR 活性归因于增强的 ORR 产物和具有可比 pKas 的离子液体之间的氢键，从而产生有利的 PCET 动力学。
2）质子给体优化后的pKa在15左右，接近水对铂的pKa值，而质子给体对金的pKa优化后的pKa在11左右，接近H2O2的pKa值。原位ATR-SEIRAS提供了X-H红移伸缩频率与ΔpKa降低的直接证据，这与增强的ORR活性有关。
3）通过不同量子态下的玻耳兹曼概率(Pμ)和质子振动耦合(Sμν)研究了氢键结构对PCET动力学的影响。这种提出的机制得到了原位表面增强傅里叶变换红外光谱和基于氢键界面处计算质子振动波函数的 PCET 动力学模拟的支持。
总之，这些发现强调了在带电界面处使用氢键结构和溶剂化环境之间的非共价相互作用来调整 ORR 动力学及其他动力学的机会。
参考文献：
Wang, T., Zhang, Y., Huang, B. et al. Enhancing oxygen reduction electrocatalysis by tuning interfacial hydrogen bonds. Nat Catal (2021).
DOI: 10.1038/s41929-021-00668-0
https://doi.org/10.1038/s41929-021-00668-0
