1月24日，《自然通訊》（Nature Communications）雜誌線上刊發了華中科技大學化學與化工學院楊旋教授團隊與華東理工大學張博威教授、北京大學徐冰君教授的最新合作研究成果“基於金超晶格闡明電化學CO還原反應中C-C偶聯機制”（Mechanistic insights into C-C coupling in electrochemical CO reduction using gold superlattices, Nature Communications 2024, 15, 720）
發展高靈敏、高重現性原位光譜電化學技術對於深入理解電化學介面的構效關係至關重要。衰減全反射表面增強紅外吸收光譜（ATR-SEIRAS）被廣泛用於研究甲烷氧化、氫氣氧化/析氫和CO2/CO還原等電化學反應過程。目前，ATR-SEIRAS技術中所使用的金屬薄膜大多是透過化學沉積法制備的，金屬薄膜以及單個金屬奈米粒子的形貌不可控，進而導致SEIRAS技術的靈敏度和重現性較差，難以獲得電化學反應的完整資訊。
圖1. 基於自組裝技術製備金超晶格薄膜的示意圖
基於此，楊旋教授團隊創新性地利用自組裝技術製備了高度有序的菱形金奈米立方體超晶格薄膜（GNSs），並應用於SEIRAS技術。透過控制自組裝過程中氯化十六烷基吡啶（CPC）的濃度，金超晶格薄膜的混亂度和奈米立方體之間的間距得到了精準調控。當CPC濃度為5 mM時，金奈米立方體之間的間距為5-8 nm，此時金超晶格薄膜介面的電磁場強度最強，其SEIRA效應相比於傳統化學沉積法制備的金膜（CDFs）提高了約1個數量級，並且原位測量的重現性得到了大幅提升。利用GNSs作為SEIRAS技術的增強基底，研究了Cu基催化劑表面的CO電化學還原反應（CORR），精準捕獲到CO電化學還原反應中C-C偶聯的關鍵反應中間物種*OCCOH，結合同位素失蹤技術和NMR技術，揭示了Cu基催化劑表面CORR的反應路徑和反應機理。
圖2. 金超晶格薄膜和傳統化學沉積法制備的金膜表面的SEIRA光譜資料和NMR資料
華中科技大學為該項工作的第一完成單位及通訊單位，華中科技大學化學與化工學院博士生楊小菊和華東理工大學的碩士生榮超為該論文的共同第一作者，楊旋教授、張博威教授和徐冰君教授為論文通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金（22204054, 52105145, 12274124）、華中科技大學學術前沿青年團隊（2019QYTD11）、武漢市曙光計劃以及武漢英才計劃的資助。
論文連結：
https://www.nature.com/articles/s41467-024-44923-x
來源：華中科技大學
