【文匯網訊】(香港文匯網記者 趙臣 合肥報道)本網記者從中國科學技術大學獲悉，該校國家同步輻射實驗室韋世強教授、姚濤教授課題組與化學與材料科學學院楊金龍教授課題組合作，利用同步輻射光源發展出先進的表徵技術，在國際上首次精確鑒別出鈷基催化在電催化析氫反應過程中活性位點的真實結構和動態演化過程，為揭示催化過程秘密、提高能源轉化效率提供了有力方案。該項成果於1月1日在線發表在《自然•催化》上 。
能源危機是懸在現代社會頭頂的達摩克裡斯之劍，尋求高效豐富綠色的新型能源是全世界都關注的問題。從水中分解出清潔無污染且可再生的能源——氫氣是一個廣受期待的方案，其中催化材料的參與必不可少。催化材料能夠加速並高效完成能量的轉化，是提升能量轉化效率的關鍵一環。因此，探明催化過程的奧妙，了解催化材料在實際工作狀態下的真實結構，是當今科學界和工業界關注的前沿熱點。
據介紹，催化反應過程往往都是發生在材料的表界面，但在工業實際應用的電催化能量轉化反應環境中，由於催化材料與電解質溶液接觸的固-液表界面處的活性中心和吸附反應物的濃度極低、以及活性位結構隨外加電場的動態變化，給探測真實反應活性位點的結構和中間過渡態造成了很大的困難和挑戰。
高亮度的先進同步輻射光源為研究這一亟待突破的電催化能量轉化機制問題提供了手段。中科大課題組姚濤教授說：「高度靈敏的同步輻射X射線吸收精細結構譜學(XAFS)技術能夠在原位實時在線探測『工作狀態』的催化劑的『一舉一動』。」該研究團隊依托合肥、北京和上海同步輻射光源建立測試裝置，實時監測高度均一的鈷基單原子催化材料在鹼性電催化析氫反應環境下原子和電子結構的演變過程，清晰地追蹤了鈷原子位點在電催化析氫反應過程中的本征活性結構及其發生的結構重組。
據介紹，目前商業貴金屬鉑碳催化劑是公認的高效穩定的析氫材料，研究發現這種鈷基催化材料在性能和穩定性均已接近商業鉑碳催化劑，但成本僅為貴金屬鉑碳催化劑的一半不到，展現出潛在的廣闊應用前景。
中科大研究團隊利用原位同步輻射譜學技術發現了活性位在電催化反應過程中的高度敏感性，揭開了催化材料在實際工作狀態中的真實面紗。這種原位同步輻射譜學技術同樣適用於研究其它光電能量轉化反應中催化材料表界面的動態過程，此項發現也為從原子尺度探究催化活性中心結構和反應機理提供了實驗基礎和理論指導，並為今後設計高效的能量轉化材料提供了新的思路。
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