可控去合金化金属表面的电催化及相关增强红外光谱研究

采用化学镀、电沉积和微乳液法等技术分别制备铂、钯基合金薄膜和纳米合金颗粒用于去合金化的控制、电催化及相关表面增强红外光谱研究。利用组合电化学手段，筛选去合金化处理的优化条件以获得高效的新型电催化剂，并拓展其在有机小分子和一氧化碳电催化氧化，及氧气、含氮物种的电催化还原中的应用。运用现场衰减全反射表面增强红外光谱研究上述去合金化材料表面电催化反应的动态过程，重点考察电催化活性与实时电位决定的吸附中间体表面浓度消长及频率变化的关系，从分子水平上澄清不同去合金化材料表面的反应机理。结合电催化材料的物相、结构和表面分析及DFT理论计算结果，并将其表面状态、电子特性与特定红外谱学特征相关联，揭示去合金化提高金属材料电催化活性的本质。本项目研究对促进去合金化金属材料在电催化领域的应用和研制新型、高效和低贵金属用量的电催化材料具有重要的指导意义。

采用浸渍还原法、牺牲模板法或电沉积法分别制备了Pd-Cu、Pd-Ni、Pd-Pt-Cu、Pd-Pt-Ag、 Pd-Ni-P等合金催化材料，用于有机小分子燃料甲醇、甲酸和乙醇的电氧化；同时对合成方法、去合金化处理的程度和优化条件进行了组合筛选，得到了高效的新型电催化剂，研究了相应合金组分的功能。运用现场衰减全反射表面增强红外光谱（ATR-SEIRAS)，以CO等表面探针分子研究上述电催化材料在去合金化处理前后表面结构的变化，结合XPS分析和电化学表征，从分子水平上澄清了若干电催化剂上的结构—性能关系。其次，拓展电化学ATR-SEIRAS光谱技术在碱性体系中甲醇和乙醇在Pd上电催化机理研究以及室温离子液体中Pt上吸附CO的界面行为研究。另外，借鉴化学腐蚀去合金化的思路，研究了Si片单侧保护/单侧制绒（腐蚀成黑硅）的工艺；发展了模拟欠电位沉积方法，用于控制金属纳米颗粒表面（亚）单层贵金属的修饰，以提升纳米催化剂的贵金属单位质量活性。以上工作对去合金化和ATR-SEIRAS方法在能源电催化材料设计和反应机理研究的应用具有重要意义。