一天发表3篇JACS/Angew,这个杰青课题组了解一下!
纳米人 纳米人 2020-03-29

现代的科学仪器,赋予我们更多技能,可以从原子和分子尺度研究催化反应的过程和机理,从而指导合成更高效的催化剂。原位拉曼光谱,就是这些先进仪器中的代表之一。由于拉曼光谱的高灵敏度和不受水分子干扰、指纹光谱等特性,原位拉曼在催化领域的机理研究方面备受关注。


然而,常规拉曼光谱对很多痕量反应中间体不够灵敏。为了解决这个问题,厦门大学李剑锋教授课题组将独特表面增强技术引入其中,解决了不少催化机理研究的老大难问题。2020年3月25日,李剑锋教授团队在JACS和Angew同时发表3篇研究成果,其中2篇报道了利用原位表面增强拉曼光谱如何探测HER催化剂活性位点,以及催化界面的氢溢流机理研究。同时,李剑锋教授还与詹东平教授团队合作,在高效合成氧化石墨烯新策略方面取得新进展。


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1. JACS: 原位拉曼探测MoS2电催化HER活性位点

了解催化过程中的反应机理对于合理设计以及合成高效催化剂至关重要。近年来,MoS2因其高效催化析氢反应(HER)被大家所熟知,然而,其高效催化HER的机理仍缺乏有效的实验证据。有鉴于此,香港城市大学张华教授厦门大学李剑锋教授团队用湿化学法合成可控大小的单层MoS2涂层多面体Ag核壳异质结构(Ag@MoS2),并通过表面增强拉曼(in situ SERS)从院子尺寸探索了HER的反应机理。


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本文要点


要点1. Ag@MoS2异质结中的等离子体Ag能够产生强电磁场,使得该异质结构成为SERS的理想研究平台;

要点2. In situ SERS结果显示,在HER反应过程中,MoS2表面生成S-H键,证明了S原子为MoS2电催化HER的活性位点。



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Junze Chen et al. Ag@MoSCore-Shell Heterostructureas SERS Platform to Reveal the Hydrogen Evolution Active Sites of Single-layerMoS22020J.Am.Chem.Soc

DOI:10.1021/jacs.0c01649

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c01649

 

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2. JACS: 高效合成氧化石墨烯新策略

氧化石墨烯(GO)是一种功能化的二维(2D)材料,其边缘处具有羧基,基面上还具有羟基和羰基。这些特点使得GO可以分散在各种有机溶剂中、可以通过化学键进行功能化以及通过静电相互作用,范德华力和氢键进行组装,这使GO成为能源和环境的可持续发展领域中一种非常具有竞争力的2D材料。因此,探索高效合成GO的新方法具有重要意义。近日,厦门大学詹东平李剑锋等报道了一种自由基氧化反应的策略,用于高效生产GO。


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本文要点


要点1. 作者提出了一种光-电化学协同的方法,合成了具有更好的结晶度和更高的氧化度的GO。作者使用草酸根离子作为嵌入离子和共反应剂,促进了电化学剥离过程中产生的羟基自由基的界面浓度,使得制备的GO的氧化程度与采用Hummers法制备相当。另外,通过减少层数和增大尺寸来改善结晶度。

要点2. 此外,使用苯胺作为合成GO的共组装诱导剂,合成的GO由于氢键相互作用对水分子具有选择性渗透性;但由于静电相互作用,其对Na+,K+和Mg2+不具有渗透性。因此,它在水脱盐和净化中具有应用潜力。

 

该工作为石墨烯在电剥落过程中的直接功能化以及功能化石墨烯的后续组装开辟了一种新颖的方法。

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DuhongChen, et al. Photo-Synergetic Electrochemical Synthesis of GrapheneOxide. J. Am. Chem. Soc. 2020,

DOI: 10.1021/jacs.0c02158

https://doi.org/10.1021/jacs.0c02158

 

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3. Angew:精确制备Au/TiO2/Pt夹心结构用于原位拉曼监测和操控界面氢溢出

了解氢在界面处的活化和转移对催化加氢反应至关重要,但这仍然是一个重大挑战。近日,厦门大学李剑锋张华等精确制备了Au/TiO2/Pt三明治纳米结构,使用空间分辨率为10 nm的原位表面增强拉曼光谱(SERS)研究了该结构上氢物种的溢流及其在催化加氢中调节活性和选择性的作用。


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本文要点

要点1. 作者制备了Au/TiO2/ Pt三明治纳米结构,使氢的活化,氢的溢流和加氢反应分别在Pt,TiO2和Au上进行。

要点2. 原位SERS研究表明,氢能有效地在Pt-TiO2-Au界面发生溢出,在TiO2上的最终溢出距离约为50 nm。结合动力学同位素实验和密度泛函理论计算,作者发现氢的溢流是通过水辅助裂解和表面氢氧键的形成而进行的。

3更重要的是,实验发现可以通过控制氢的溢流来控制硝基或异氰基团氢化的选择性。

 

该工作为加深氢活化的理解提供了分子上的见解,并促进了高活性和高选择性加氢催化剂的设计。


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JieWei, et al. In situ Raman monitoring and manipulating of interfacial hydrogenspillover via precise fabrication of Au/TiO2/Pt sandwichstructures. Angew. Chem. Int. Ed. 2020,

DOI: 10.1002/anie.202000426

https://doi.org/10.1002/anie.202000426



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