电催化转化过程不仅需要电能，还需要一种可靠的“中间介质”来触发目标化学反应。表面金属-氢中间体能够有效生成高附加值化学品并实现能量转换，但由于其浓度低、寿命短，很难进行深入表征和研究，尤其是在纳米尺度下。
如今，康奈尔大学的研究人员利用单分子超分辨反应成像技术，更清晰地观察到了表面金属-氢中间体的反应过程与发生位置——这些发现有望助力提升氢能生产效率，同时推动水体污染物净化技术发展。
研究方法与核心技术
为解析中间体的行为特征，研究人员选取钯-氢体系作为模型系统。成像过程中，他们引入一种探针分子，该分子会与单个钯纳米立方体表面的钯-氢中间体发生反应，生成具有荧光特性的新分子。
作者表示：“这种荧光让我们能在单分子水平上对其成像，清晰观察到每一个探针反应产物。我们不仅能实现单分子级观测，还能以纳米级空间精度定位其位置。”
关键研究发现
-
单个钯颗粒展现出多样化的氢化行为和特性，同一颗粒的不同位点可形成中间体，且表现出不同行为。
-
钯催化剂表面形成的氢中间体并非静态存在，氢原子可在钯颗粒表面移动，还能迁移至周围电极表面。
-
氢溢出（hydrogen spillover）是已知现象，但研究首次通过可视化手段测量出其迁移距离，可达数百纳米以上。
对传统研究方法的修正
传统研究金属-氢中间体多采用“集合平均法”，通过批量测量中间体的形成过程。研究人员借助高斯展宽动力学分析发现，这种方法虽有价值，但存在固有缺陷：会高估中间体的稳定性，且往往掩盖颗粒间、位点间的差异。
作者指出：“我们的测量能够区分不同颗粒，还能估算同一颗粒不同位点的差异。凭借这一能力，我们可以更可靠地确定促成钯-氢中间体形成的还原电位。”
应用前景
该研究方法具有普适性，可用于探测多种电化学中间体，尤其在电催化制氢、氯代化合物等水体污染物净化领域具有重要应用价值。
——————————————————————————————————————————————————