电压如何驱动非金属催化剂进行电催化反应

了解电压如何驱动纳米级电催化剂引发反应是一个基本的科学问题。在处理非金属电催化剂时，这一点尤其具有挑战性，因为它们固有的载流子浓度低，导致导电性差。当电压施加在非金属/溶液界面时，情况比金属/溶液界面的情况变得更复杂。一个值得注意的复杂性是非金属内的显着电势下降，导致表面电势经常偏离背面电势。通过将经典金属模型应用于非金属来分析化学反应的驱动力可能会导致严重的不准确。到现在为止，区分非金属催化剂和 EDL 之间的电势分布仍然依赖于复杂的理论计算。由于缺乏在半导体-电解质界面上的实际电势降仍然未知。现场技术。此外，传统的电化学表征仅提供电极材料的整体信息，忽略了催化剂电子结构的空间异质性。因此，非常需要空间分辨的原位表征技术。

在北京《国家科学评论》发表的一篇新研究文章中，中国科学院大连化学物理研究所、厦门大学、中国科学院大学、伦敦帝国理工学院的科学家自主构建了一个原位表面电位显微镜并成功测量了2H二硫化钼基面在不同电压下的表面电位。这一成果解决了直接测量非金属/溶液界面电位分布的实验挑战。研究结果强调了与金属相比，半导体表面电势如何随施加电压变化的显着差异。当施加从正到负的电压时，半导体从保持稳定的表面电位转变为显示出变化，逐渐类似于金属的行为。科学家们进一步阐明了半导体(ΔV sem)和双层(ΔV edl )在不同施加电压下电势降值的差异。)。他们生动地解释了在溶液环境中半导体的费米能级和能带结构如何演变，展示了半导体向高导电半金属的转变。

为了进一步研究电压在电催化反应中的作用，科学家们采用原子力扫描电化学显微镜(AFM-SECM)来研究二硫化钼的电子转移(ET)和析氢反应(HER)成像。在ET成像中，半导体的基面表现出强大的电子传输能力，可与半金属边缘相媲美。然而，HER 成像显示基底平面具有催化惰性。纳米电化学成像结果表明电压仅影响 ET 步骤。由于基面上没有氢吸附位点(即化学位点)，电压无法驱动基面上的电子进一步参与化学反应。

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