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東華大學陳前進課題組ACS Nano：單晶金微米片表面輻射狀分布的電子轉(zhuǎn)移
來源：東華大學 2025-02-09
導讀：近日，東華大學化學與化工學院陳前進課題組在《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。陳前進研究員為論文的通訊作者，東華大學為唯一通訊單位。文章DOI：10.1021/acsnano.4c14853。
電子轉(zhuǎn)移普遍存在于許多化學反應和生物現(xiàn)象；然而，電催化過程中電子轉(zhuǎn)移動力學的空間異質(zhì)性尚未得到充分研究。測量和理解局部電子轉(zhuǎn)移對于探究電催化劑的內(nèi)在活性和實現(xiàn)性能的進一步改進至關(guān)重要。本研究通過使用掃描電化學池顯微鏡（SECCM）對金微米片單晶表面的氧化還原電化學進行空間解析，作者發(fā)現(xiàn)了一個有趣的輻射狀分布的電子轉(zhuǎn)移現(xiàn)象，即無論氧化還原反應類型如何，微米片周圍區(qū)域的電子轉(zhuǎn)移反應動力學要顯著高于中心區(qū)域。隨后，結(jié)合基于原子力顯微鏡的紅外光譜（AFM-IR）對局部化學異質(zhì)性的協(xié)同測試，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，作者的工作還強調(diào)了納米晶體表面吸附的有機物質(zhì)對電催化的重要影響。圖1. 單個金微米片的SECCM和AFM-IR協(xié)同測試示意圖。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)探究了單個金微米片表面的電子轉(zhuǎn)移過程（圖2e）。 圖2. 單晶金微米片的表征及SECCM測試示意圖。基于SECCM發(fā)現(xiàn)，在質(zhì)子還原的內(nèi)球反應（圖3a-d）和[Ru(NH3)6]3+還原的外球反應（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致的。圖3. 基于SECCM的單個金微米片上的質(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。為了驗證上述的猜想，作者使用AFM-IR對金微米片進行了空間分辨成像（圖4a），該裝置利用紅外激光照射樣品的某個區(qū)域，并利用AFM尖端測量產(chǎn)生的局部光熱誘導膨脹。1650 cm-1處的紅外吸峰收對應于苯胺的C-C伸縮振動，且峰強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)移是源于合成過程中吸附在金微米片表面有機配體的不均勻分布。 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，作者在室溫下對含金微米片的懸浮液進行簡單的室溫老化（圖5）和氧等離子體處理來有效去除表面有機配體。最終去除表面配體后的金微米片上電子轉(zhuǎn)移過程呈現(xiàn)均勻分布。這項工作提高了研究者們對亞微米尺度電子轉(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配體分布的表征。 該研究工作得到了國家自然科學基金、上海市自然科學基金、中央高?；究蒲袠I(yè)務費專項資金的資助。陳前進，東華大學教授，國家高層次青年人才，人事處副處長。本科畢業(yè)于四川大學，博士畢業(yè)于香港中文大學化學系，師從吳奇院士。隨后在美國猶他大學（Henry White教授）和德州大學奧斯汀分校（Allen Bard院士）從事電化學領(lǐng)域的博士后研究。2017年12月加入東華大學獨立建組，任特聘研究員/教授、博士生導師。主要從事界面電化學測量與成像研究，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目，國自然面上與青年項目，上海市自然科學基金面上與自由探索，上海市教委專項等科研項目。由于團隊發(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與儀器、化學成像與測量、人工智能、光譜電化學/界面電化學等相關(guān)領(lǐng)域。
具體詳情參見課題組招聘信息網(wǎng)頁：https://www.x-mol.com/groups/qianjinchen2105/news/73035課題組主頁：https://www.x-mol.com/groups/qianjinchen2105
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