厦门大学李剑锋课题组：单晶表面拉曼光谱电化学的研究进展

厦门大学李剑锋课题组综述了近年来单晶电极上拉曼光谱电化学的研究进展。重点讨论了SHINERS技术在单晶电极上如何有效捕捉中间物种，以及如何为单晶表面结构动态演变以及电催化反应机理提供新的见解。最后，总结了单晶电极的挑战和未来的发展趋势。

受益于原则上没有污染物的表面，以及长程有序的结构, 单晶电极为固体表面反应，诸如表面重构、吸附和配位，电催化反应等，提供了深入的见解，在电化学中具有核心地位。其表面确定的原子密度可以作为吸附物覆盖率和催化反应速率的函数，从而定量解释反应过程。

早期使用单晶电极的动机是探测电催化反应中电极表面的结构。为避免污染，这种研究通常是在超高真空中进行的。尽管这些表征技术的价值毋庸置疑，但在化学物种的鉴定方面，尤其是在电催化反应的原位表征方面，其范围仍然受限。将原位谱学技术与电化学技术联合研究单晶电极界面电化学反应，通过对中间物种的有效捕获，获得表面结构和反应性能之间的构效关系，对揭示表面反应机理具有非常重要的意义。但是受限于常规拉曼光谱的信号强度，单晶表面难以获得高质量的光谱。

近年来发展的壳层隔绝纳米粒子增强拉曼光谱（SHINERS）技术使得在单晶上追踪反应中间物种成为可能。将壳层隔绝纳米粒子（SHINs）铺散在单晶表面，在不改变单晶电极表面结构以及电化学响应的情况下，增强单晶表面信号从而使表面结构以及中间物种的鉴定成为现实。因此，李剑锋课题组综述了单晶电极表面拉曼光谱电化学研究的最新进展，着重讨论了SHINERS技术如何实现对中间物种的有效检测，以及如何为表面结构和电催化反应机理的动态演变提供有价值的见解。该综述首先讨论了单晶电极发展的历史。其次分别讨论了单晶电极界面结构的演变，主要介绍了H和OH的吸/脱附过程以及界面水结构的变化；以及单晶上的电催化反应，包括氧还原、CO还原、CO₂还原等，主要探讨了通过中间物种的指认阐明电催化反应的路径和机理。最后，总结了单晶电极的挑战和未来的发展趋势。

详见：He, QF., Yu, J., Dong, JC. et al. Recent advances in Raman spectroelectrochemistry on single-crystal surfaces. Sci. China Chem. (2023). https://doi.org/10.1007/s11426-023-1682-x.本文将收录于2023 Emerging Investigator Issue。

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【通讯作者简介】

李剑锋 厦门大学化学化工学院教授、能源学院副院长。2003年本科毕业于浙江大学；2010年在厦门大学获得博士学位；2011-2014年分别在瑞士伯尔尼大学和瑞士苏黎世联邦理工学院从事博士后研究。主要研究领域为表面增强拉曼光谱、电化学、界面表征与分析、医疗健康领域的拉曼快检技术等。共发表SCI论文230余篇，包括以通讯作者身份发表于Nature、Nature Energy、Nature Mater.、Nature Nanotechnol.、Nature Catal.、Nature Protoc.等，SCI他引15000余次。授权发明专利18项，撰写英文专著5章。担任国际物理化学权威期刊J. Phys. Chem.的副主编、中国光散射专业委员会副主任。主持国家杰出青年科学基金、优秀青年基金，入选万人计划科技创新领军人才、国家高层次青年人才等，获中国青年科技奖、腾讯科学探索奖等。

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