维度网讯，德国电子同步加速器中心（DESY）领导的研究团队利用PETRA III X射线源，首次实时观察到铂表面在电压作用下与水电解质接触时形成氧化层的过程。这一发现有助于开发更耐用的氢能技术，相关成果已发表于专业期刊《自然·通讯》（Nature Communications）。

铂是电解槽和燃料电池的关键材料，能够加速制氢或发电所需的化学反应。然而，在高电压下，材料表面会发生变化，催化活性随时间推移逐渐降低。研究团队采用三种互补的高分辨率X射线方法，在原子层面并行研究铂表面的原子结构、氧化层厚度及其化学组成，并在真实反应条件下实时追踪这些变化。

测量结果显示，根据电压高低，铂表面会逐步形成一层薄薄的氧化层，并改变材料内部结构。氧化过程逐原子层进行，在高电压下会形成无序的铂氧化层。“我们看到的是稳定性与活性之间的平衡，”DESY首席科学家、汉堡大学教授安德烈亚斯·斯蒂尔勒（Andreas Stierle）表示，“氧化层部分保护了铂表面免受进一步的物质损失，但同时也降低了催化剂的效率。更好地理解这些过程，对于开发更耐用的电解槽和燃料电池材料至关重要。”

该论文第一作者、曾在DESY的X射线与纳米科学中心（CXNS）工作的莱昂·雅各布斯（Leon Jacobse）指出，关键进展在于将最先进的同步辐射光与电化学基础研究的成熟方法相结合，使得研究能够在反应实际发生时追踪原子层面的变化。安德烈亚斯·斯蒂尔勒团队的韦德兰·冯克（Vedran Vonk）补充称，这种新的方法组合能够实时追踪催化剂在接近实际使用条件下的结构变化，从而将材料的性能与老化过程直接联系起来。

研究人员表示，只有准确理解铂在原子层面的微小过程，才能用新思路对抗老化过程。韦德兰·冯克进一步表示，这为其他电化学过程，例如存在类似老化问题的电池技术，提供了新的可能性。未来研究将关注更接近实际应用的催化剂材料，如铂纳米颗粒，在运行条件下的变化。长期目标是帮助开发资源节约型、成本更低的电解槽材料，推动更高效、更经济的氢能技术。

参与该研究的机构包括DESY的X射线与纳米科学中心（CXNS）、汉堡大学、埃尔朗根-纽伦堡弗里德里希-亚历山大大学以及吉森尤斯图斯-李比希大学。

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