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東華大學(xué)陳前進(jìn)課題組ACS Nano：?jiǎn)尉Ы鹞⒚灼砻孑椛錉罘植嫉碾娮愚D(zhuǎn)移
來(lái)源：東華大學(xué) 2025-02-09
導(dǎo)讀：近日，東華大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院陳前進(jìn)課題組在《ACS Nano》上發(fā)表了題為Radially Distributed Electron Transfer on Single Crystalline Surface of Gold Microplates的研究論文。陳前進(jìn)研究員為論文的通訊作者，東華大學(xué)為唯一通訊單位。文章DOI：10.1021/acsnano.4c14853。
電子轉(zhuǎn)移普遍存在于許多化學(xué)反應(yīng)和生物現(xiàn)象；然而，電催化過(guò)程中電子轉(zhuǎn)移動(dòng)力學(xué)的空間異質(zhì)性尚未得到充分研究。測(cè)量和理解局部電子轉(zhuǎn)移對(duì)于探究電催化劑的內(nèi)在活性和實(shí)現(xiàn)性能的進(jìn)一步改進(jìn)至關(guān)重要。本研究通過(guò)使用掃描電化學(xué)池顯微鏡（SECCM）對(duì)金微米片單晶表面的氧化還原電化學(xué)進(jìn)行空間解析，作者發(fā)現(xiàn)了一個(gè)有趣的輻射狀分布的電子轉(zhuǎn)移現(xiàn)象，即無(wú)論氧化還原反應(yīng)類型如何，微米片周圍區(qū)域的電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)動(dòng)力學(xué)要顯著高于中心區(qū)域。隨后，結(jié)合基于原子力顯微鏡的紅外光譜（AFM-IR）對(duì)局部化學(xué)異質(zhì)性的協(xié)同測(cè)試，作者推斷這種電子轉(zhuǎn)移的輻射狀分布源于微米片表面配體的不均勻分布。最后，作者通過(guò)溫和的室溫老化或氧等離子體處理可以去除表面配體，從而消除電子轉(zhuǎn)移的空間異質(zhì)性。除了深入了解了納米尺度下電子轉(zhuǎn)移的空間異質(zhì)性外，作者的工作還強(qiáng)調(diào)了納米晶體表面吸附的有機(jī)物質(zhì)對(duì)電催化的重要影響。圖1. 單個(gè)金微米片的SECCM和AFM-IR協(xié)同測(cè)試示意圖。作者首先合成了尺寸為5 ~ 20 μm的三角形和六邊形單晶金微米片（圖2a），并將其分散在玻璃碳電極表面。選區(qū)電子衍射表征表明金微米片表面為{111}晶面（圖2b），高分辨透射電鏡表明金微米片邊緣有約2.3 nm的配體層，原子力顯微鏡表明這種金微米片的厚度為58.7 nm。作者使用SECCM技術(shù)探究了單個(gè)金微米片表面的電子轉(zhuǎn)移過(guò)程（圖2e）。 圖2. 單晶金微米片的表征及SECCM測(cè)試示意圖。基于SECCM發(fā)現(xiàn)，在質(zhì)子還原的內(nèi)球反應(yīng)（圖3a-d）和[Ru(NH3)6]3+還原的外球反應(yīng)（圖3e-h）中，電子轉(zhuǎn)移速率從外圍區(qū)向中心區(qū)呈明顯的徑向梯度。作者推斷這是由于配體在金微米片表面的不均勻分布導(dǎo)致的。圖3. 基于SECCM的單個(gè)金微米片上的質(zhì)子還原（a-d）和[Ru(NH3)6]3+還原（e-h）的電子轉(zhuǎn)移的空間分布成像。為了驗(yàn)證上述的猜想，作者使用AFM-IR對(duì)金微米片進(jìn)行了空間分辨成像（圖4a），該裝置利用紅外激光照射樣品的某個(gè)區(qū)域，并利用AFM尖端測(cè)量產(chǎn)生的局部光熱誘導(dǎo)膨脹。1650 cm-1處的紅外吸峰收對(duì)應(yīng)于苯胺的C-C伸縮振動(dòng)，且峰強(qiáng)度在金微米片上也呈徑向分布（圖4d）。因此，這種輻射狀分布的電子轉(zhuǎn)移是源于合成過(guò)程中吸附在金微米片表面有機(jī)配體的不均勻分布。 圖4. 基于AFM-IR的覆蓋在金微米片表面的有及配體分布的表征。 最后，作者在室溫下對(duì)含金微米片的懸浮液進(jìn)行簡(jiǎn)單的室溫老化（圖5）和氧等離子體處理來(lái)有效去除表面有機(jī)配體。最終去除表面配體后的金微米片上電子轉(zhuǎn)移過(guò)程呈現(xiàn)均勻分布。這項(xiàng)工作提高了研究者們對(duì)亞微米尺度電子轉(zhuǎn)移的空間異質(zhì)性的理解，并闡明了表面配體對(duì)納米催化劑電催化性能的影響。圖5 基于AFM-IR的覆蓋在金微米片表面的有機(jī)配體分布的表征。 該研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、上海市自然科學(xué)基金、中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金的資助。陳前進(jìn)，東華大學(xué)教授，國(guó)家高層次青年人才，人事處副處長(zhǎng)。本科畢業(yè)于四川大學(xué)，博士畢業(yè)于香港中文大學(xué)化學(xué)系，師從吳奇院士。隨后在美國(guó)猶他大學(xué)（Henry White教授）和德州大學(xué)奧斯汀分校（Allen Bard院士）從事電化學(xué)領(lǐng)域的博士后研究。2017年12月加入東華大學(xué)獨(dú)立建組，任特聘研究員/教授、博士生導(dǎo)師。主要從事界面電化學(xué)測(cè)量與成像研究，迄今以第一/通訊作者在PNAS, J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., ACS Nano, Anal. Chem.等期刊發(fā)表SCI論文50余篇, 主持高層次青年人才項(xiàng)目，國(guó)自然面上與青年項(xiàng)目，上海市自然科學(xué)基金面上與自由探索，上海市教委專項(xiàng)等科研項(xiàng)目。由于團(tuán)隊(duì)發(fā)展需要，課題組招聘講師或副教授，研究背景涉及分析科學(xué)與儀器、化學(xué)成像與測(cè)量、人工智能、光譜電化學(xué)/界面電化學(xué)等相關(guān)領(lǐng)域。
具體詳情參見(jiàn)課題組招聘信息網(wǎng)頁(yè)：https://www.x-mol.com/groups/qianjinchen2105/news/73035課題組主頁(yè)：https://www.x-mol.com/groups/qianjinchen2105
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