原子力显微镜下的电催化

为了管理能源转型，快速开发可用于通过电催化分解水或 CO 2的廉价高效材料也很重要。在这个过程中，部分电能储存在化学反应产物中。这种电催化剂的效率在很大程度上取决于电极-电解质界面的性质，即固体电极和通常含水电解质之间的界面。然而，此类固液界面的空间分辨物理研究仍然相对匮乏。

通过原子力显微镜获得更多见解

Christopher S. Kley 博士和他的团队现已开发出一种关联原子力显微镜 (AFM) 的新方法。在整个表面扫描一个极其锋利的尖端，并记录其高度轮廓。通过将尖端连接到微型悬臂的末端，可以高灵敏度地测量尖端和样品表面之间的力相互作用，包括摩擦力。此外，只要施加电压，就可以测量流过机械触点的电流。“这使我们能够同时确定电导率、机械化学摩擦和原位形态特性(即在相关液相条件下而不是在真空或空气中)，”Kley 强调说。

铜金电催化剂

使用这种方法，科学家们现在与 Fritz-Haber 研究所 (FHI) 的 Beatriz Roldán Cuenya 教授合作研究了一种纳米结构和双金属铜-金电催化剂。其中，此类材料用于将CO 2电催化转化为能量载体。“我们能够清楚地识别出具有更高电阻的氧化铜岛，以及催化剂表面与水性电解质接触的水合层中的晶界和低电导率区域，”论文的第一作者 Martin Munz 博士说。研究。

催化剂-电解质界面的此类结果有助于以有针对性的方式对其进行优化。“我们现在可以观察局部电化学环境如何影响界面处的电荷转移，”Kley 说。

专注于固液界面

“然而，我们的结果也引起了能源研究的普遍兴趣，特别是对于电化学转换过程的研究，它也在电池系统中发挥作用。” 对固液界面的深入了解也可用于完全不同的研究领域，例如了解腐蚀过程、纳米传感器系统，并可能解决流体学和环境科学中的科学问题，例如暴露在水中的金属表面的溶解或沉积过程。

注意：这项工作是在 CatLab 项目的框架内进行的，来自 HZB 和 MPG 的 FHI 的研究人员正在合作开发用于能量转换的薄膜催化剂。

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