开发高效、稳定的纳米合金ORR催化剂，对于促进燃料电池的商业化进程具有极其重要的作用和意义。而调控纳米合金中的原子排布，可以有效地改变其催化表现，该过程可以借助合金催化剂从无序到有序的相变过程得以实现。
但是，目前对于该构效关系仍缺乏深刻的认识，这就限制了其在高效催化剂设计中的进一步应用。究其原因主要包括：1.缺乏一个具有代表性的研究体系，纳米合金的相变温度一般较高（>500 ℃）, 而高温退火会引尺寸、形貌以及聚集程度等因素的变化，从而干扰对实验本质的认识；2.缺少一种有效的原位表征技术，可以从分子层面上揭示其作用机制。
近日，厦门大学董金超副教授和李剑锋教授课题组，选用相变温度较低（< 300 ℃）的AuCu纳米合金作为研究对象，在其课题组发展的壳层隔绝纳米粒子增强拉曼光谱的技术上发展了卫星策略, 将具有相近尺寸和形貌但是有序程度不同的AuCu粒子组装到SiO2包覆的Au纳米颗粒表面，借助内核大尺寸Au的拉曼信号放大效应，原位研究了合金有序度对于ORR催化表现的影响。
通过该策略，成功地获取了无序的AuCu粒子ORR反应过程的原位拉曼光谱图。结合同位素实验、理论计算等技术手段，证明了*OH是其ORR催化过程中的重要中间物种。 同时，也获取了有序度分别为30%，60%，90%的AuCu的原位拉曼光谱图。在高有序度的AuCu表面，发现了拉曼频率更低的*OH，结合谱图和理论计算，证明了AuCu中存在有序和无序两种*OH的吸附位点，其比例会随着有序度的变化而改变，且有序位点上的*OH更容易脱附。最后，将有序度、催化活性以及*OH物种的拉曼信号频率进行了关联。 该工作从分子层面上揭示了合金有序度对其ORR催化效果的作用机制，为合理设计和制备高效的ORR催化剂提供了新的方向。 论文信息： Unmasking the Critical Role of the Ordering Degree of Bimetallic Nanocatalysts on Oxygen Reduction Reaction by In-situ Raman Spectroscopy Heng-Quan Chen,Huajie Ze,Mu-Fei Yue,Di-Ye Wei,A Yao-Lin,Yuan-Fei Wu,Jin-Chao Dong,Yue-Jiao Zhang,Hua Zhang,Zhong-Qun Tian,Jian-Feng Li 厦门大学的博士后陈亨权、博士生泽花姐和博士后岳慕飞为论文共同第一作者。项目得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费专项资金等支持。 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202117834
