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近日，中國(guó)科大環(huán)境科學(xué)與工程系在電催化界面動(dòng)態(tài)過(guò)程的原位成像分析方面取得進(jìn)展，研究成果以“Plasmonic imaging of the layer-dependent electrocatalytic activity of two-dimensional catalysts”為題發(fā)表于Nature Communications上（Nature Communications 2022,13: 7869）。

污染物的電催化轉(zhuǎn)化是水污染控制技術(shù)的重要方法。納米催化劑的表界面是電催化反應(yīng)發(fā)生的場(chǎng)所，因此在微觀上理解電催化反應(yīng)過(guò)程，建立納米催化劑結(jié)構(gòu)與催化轉(zhuǎn)化性能的構(gòu)效關(guān)系是提高催化劑活性的關(guān)鍵。傳統(tǒng)電催化研究通過(guò)電極電流密度和催化產(chǎn)物，評(píng)估催化劑性能，難以在微納尺寸上原位實(shí)時(shí)分析單個(gè)催化劑的活性分布或反應(yīng)動(dòng)態(tài)過(guò)程。

圖1.單個(gè)二硫化鉬納米片的充電和催化過(guò)程成像分析示意圖

針對(duì)上述問(wèn)題，劉賢偉教授課題組博士生趙小娜和周曉麗博士通過(guò)表面化學(xué)調(diào)控，充分發(fā)揮了表面等離子體成像技術(shù)對(duì)電極表面電荷密度高度敏感的特性，原位成像分析了層狀二維電催化材料的充電電荷密度分布和電催化界面電荷交換過(guò)程。該方法消除了電極表面充放電流的干擾，分別定量了催化劑表面的充電和氧化還原電流分布，結(jié)合課題組前期發(fā)展的表面等離子激元原位蝕刻技術(shù)（Chem, 2021, 7: 1626-1638），發(fā)現(xiàn)了二硫化鉬催化性能和層數(shù)之間的依賴(lài)性，建立了催化劑導(dǎo)電性和電催化性能之間的關(guān)系。該研究對(duì)于設(shè)計(jì)新型高效污染控制電催化納米材料具有重要的意義。

圖2.單個(gè)二硫化鉬納米片隨層數(shù)變化的電催化過(guò)程

該項(xiàng)工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金的資助，也獲得了環(huán)境科學(xué)與工程系陳潔潔教授課題組在量化計(jì)算方面的支持。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-35633-3

（環(huán)境科學(xué)與工程系、科研部）