马克斯·普朗克学会 在催化剂表面的粗糙区域，水以比在光滑区域更节能的方式分解成氢气和氧气
信用:MPI-P，许可证CC-BY-SA 这是一个著名的学校实验:在插入水中的两个电极之间施加电压，产生分子氢和氧
研究人员试图使水分离尽可能节能，以推进工业应用
电极材料及其表面质量是决定分裂效率的关键因素
特别是，只有几纳米大小的粗糙点，称为反应中心，决定了电极的电化学反应性
以前的研究方法不够精确，不能以足够的空间分辨率在实际操作条件下跟踪发生在电极表面上这种反应中心的化学反应，即
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在室温和外加电压下，在电解质溶液中
由Dr
MPI-P的Katrin Domke现已开发出一种方法，通过这种方法，首次可以在操作条件下以小于10纳米的空间分辨率研究金表面上电催化水分裂的初始步骤
“我们能够通过实验证明，在纳米范围内有突起的表面比平坦的表面更节能，”卡特琳·多姆克说
“通过我们的图像，我们可以跟踪水分解最初步骤中反应中心的催化活性
" 研究人员结合了不同的技术:在拉曼光谱中，分子被它们散射的光照射
散射光光谱包含提供分子化学指纹的信息，从而能够识别化学物种
然而，拉曼光谱通常只产生非常弱的并且在数百或数千纳米范围内空间平均的信号
为此，研究人员将拉曼技术与扫描隧道显微镜结合起来
通过在被研究的表面上扫描用激光照射的纳米薄金针尖，拉曼信号直接在针尖处被放大许多数量级，其作用类似天线
这种强烈的增强效应使得对孤立分子的研究成为可能
此外，尖端对光的紧密聚焦导致小于10纳米的空间光学分辨率
值得注意的是，该装置可以在实际的电催化操作条件下操作
“我们能够证明，在纳米粗糙点的水分裂过程中，我
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“反应中心——形成了两种不同的金氧化物，它们可能是氧原子和氢原子分离的重要中间体，”多姆克说
研究人员对反应表面上纳米尺度的过程有了更精确的了解，这有助于将来设计更高效的电催化剂，这种催化剂需要更少的能量将水分解成氢和氧
科学家们已经在《自然通讯》杂志上发表了他们的结果
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