通訊作者：劉建偉、江慧軍、俞書宏
通訊單位：中國科學技術大學
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日益增長的能源需求與化石燃料帶來的環境問題日趨嚴重，開發潔凈可持續的新能源已迫在眉睫。通過電化學催化水裂解、氧還原、CO2還原等反應制備潔凈能源及有價值的化學品是環保有前景的技術之一。目前，提高電催化性能的策略主要通過改變電催化劑的熱力學性質，如配位工程，電子耦合，應變工程和集體效應等來降低催化反應的能壘。卻忽略了反應物分子濃度對電催化劑動力學的調節。
中國科學技術大學的俞書宏教授、江慧軍特任研究員、劉建偉副教授團隊精心設計的具有周期性結構納米催化劑，在定向微電場作用下可以加速反應物分子從電解液體相到催化劑表面的擴散傳質步驟，可以優化動力學。在反應過程中，施加定向微電場，調節催化劑表面反應物通量，因此所有反應物分子都得以充分利用，從而提高了電催化性能。
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圖1 有序和無序Pt NTs催化劑制備示意圖及定量
圖2 Pt NTs催化劑相貌結構表征
圖3 Pt NTs催化劑電化學性能表征
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圖4 Pt NTs催化過程示意圖及性能對比
圖5 微電場下催化劑及反應物分子狀態
圖6 不同催化劑普適性研究
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本文強調了有序納米結構在調節催化動力學中的重要作用。與無序的催化劑相比，精心設計的有序納米催化劑在定向微電場可以調節反應物的表面通量，使得所有反應物分子充分用于反應，從而能夠提高電催化性能。從反應物濃度與催化劑相互作用入手，調節催化反應動力學，為電催化劑的設計與催化反應的高效進行提供新思路。
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Ordered Nanostructure Enhances Electrocatalytic Performance by Directional Micro-Electric Field?(Journal of the American Chemical Society，2019，DOI: 10.1021/jacs.9b03617)
原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jacs.9b03617
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