Dechao Chen, Tianyu Gao, Zengxi Wei, Mengjia Wang, Yingfei Ma, Dongdong Xiao,*Changsheng Cao, Cheng-You Lee, Pan Liu, Dengchao Wang, Shuangliang Zhao, Hsiao-Tsu Wang,* and Lili Han* (*為通訊作者), Adv. Mater. 2024, 2410537
題目 : WS2超晶格支撐Au奈米團與Ru原子以達到高效能生成氫氣
在這篇材料界第一名期刊(Advanced Materials)文章中，利用二維材料WS₂超晶格來支撐金(Au)奈米團以及釕(Ru)單原子，來顯著提升氫氣生成反應（Hydrogen Evolution Reaction, HER）的效率。此研究的關鍵發現在，將Au奈米團和Ru單原子分佈在WS₂雙層超晶格中，形成一種穩定的多孔結構。這種結構通過金屬原子-支撐材料之間的電子交互作用(Electronic Metal–Support Interaction, EMSI)優化了電荷分佈，有效地降低了水吸附的能量障礙，從而促進了H₂的生成。同步輻射X光技術在此研究中扮演了不可或缺的角色，提供了精確的臨場觀測手段，得以實時追蹤在HER催化反應中的Au與Ru的原子環境以及電荷轉移之間的變化，進而探討這些金屬原子在不同反應條件下的動態行為。通過臨場X射線吸收光譜(X-ray Absorption Spectroscopy, XAS)，研究團隊能夠觀察到Ru在HER過程中從較高的氧化態逐步降低，這暗示其在反應中有效促進水分子的解離。此外，Au原子的氧化態在反應過程中也發生變化，持續提供電子來穩定Ru的活性位，防止其在催化過程中失去活性。這些發現必須透過先進的同步輻射臨場XAS的得以詳細了解，也讓我們了解到在這最新穎的高效率催化二維材料HER反應的機制。