Platina is misschien wel het belangrijkste elektrokatalysatormateriaal, niet alleen omdat het de beste katalysator met één element is in een verscheidenheid aan belangrijke elektrokatalytische reacties, maar ook vanwege zijn relatief hoge stabiliteit. Echter, in de corrosieve omgeving van echte elektrokatalysesystemen, zoals brandstofcellen, zelfs platina kan structureel worden afgebroken. Bovendien, de aanwezigheid van sterk adsorberende soorten, in het bijzonder koolmonoxide (CO), kunnen deze degradatie-effecten aanzienlijk vergroten.

Een team onder leiding van Prof. Chen Yanxia van de Universiteit van Wetenschap en Technologie van China (USTC) van CAS, in samenwerking met Prof. Olaf Magnuseen, rapporteerde in situ video-STM-waarnemingen van extra puntdefecten in de aanwezigheid van deze dynamische CO-adlayer. De STM-waarnemingen die in dit werk worden gepresenteerd, bieden direct inzicht in hun dynamisch gedrag en vormingsmechanismen. De onderzoeksresultaten zijn gepubliceerd in Chemische communicatie op 17 juni.

Van geadsorbeerd CO is bekend dat het interageert met Pt-elektroden, veroorzaakt een relaxatie van Pt-oppervlakte-atomen en een verzwakking van de Pt-Pt-binding. In situ scanning tunneling microscopie (STM) studies van Pt(111) in de aanwezigheid van opgelost CO vonden dat aanvankelijk ongeordend werden omgezet in perfect rechte (111) stappen door potentiële cycli in het CO-oxidatieregime. CO kan Pt-oppervlaktemobiliteit verhogen tijdens CO-oxidatie, die het aantal beschikbare laaggecoördineerde sites kan verminderen, leidend tot een herstructurering van de Pt-trappen.

In het vorige werk van het team, ze bestudeerden de structurele dynamiek op atomaire schaal van CO-adlayers op Pt (111) elektroden in CO-verzadigd 0,1 M H ₂ DUS ₄ met behulp van in situ video-rate scanning tunneling microscopie (STM) en dichtheidsfunctionaaltheorie (DFT).

In het recente werk hun video-STM-resultaten van Pt(111) in CO-verzadigd 0,1 M H ₂ DUS ₄ onthulde specifieke defecten binnen de schijnbare (1 × 1)-CO-adlaag, die we toewijzen aan vacatures in de bovenste Pt-laag. De aanwezigheid van deze Pt-vacatures en de waargenomen fluctuaties bij de Pt-stappen tonen aan dat zelfs onder zeer goedaardige omstandigheden, d.w.z., voor het bijzonder stabiele Pt(111)-elektrodeoppervlak in het CO-pre-oxidatieregime, de aanwezigheid van CO kan enige structurele degradatie veroorzaken.

Dus, CO kan de stabiliteit van Pt-elektrokatalysatoren al beïnvloeden bij potentialen zo laag als 0,30 VAg/AgCl, wat bijvoorbeeld relevant kan zijn in directe methanolbrandstofcellen. De gegevens op atomaire schaal verkregen door video-STM bieden fundamentele inzichten in de structuur-activiteits- en structuur-stabiliteitsrelaties, die kunnen bijdragen aan het op kennis gebaseerde ontwerp van betere Pt-elektrokatalysatoren.

In aanvulling, hun resultaten laten zien dat voor geschikte systemen de dynamiek van individuele elektrodepuntdefecten, zoals vacatures, kan direct worden onderzocht in een elektrochemische omgeving.

Het waargenomen dynamische gedrag suggereert een complexe interactie tussen geadsorbeerd CO en oppervlaktevacatures die ook de elektrochemische reactiviteit van CO zou moeten beïnvloeden en moet worden onderzocht in toekomstige experimentele en theoretische studies.