近日，化学化工与生物工程学院陈前进课题组在国际化学顶级期刊Journal of the American Chemical Society（美国化学会志）发表高质量论文Direct Probing of the Oxygen Evolution Reaction at Single NiFe2O4 Nanocrystal Superparticles with Tunable Structures（《单个结构可调纳米晶超颗粒的电催化析氧反应的直接探测》）。化工生物学院硕士研究生卢晓惜和复旦大学化学系博士研究生李明重为共同第一作者，东华大学陈前进特聘研究员和复旦大学董安钢研究员为论文的通讯作者，东华大学为第一通讯单位。
自组装纳米晶超颗粒由于其精确可控的尺寸、形状和组成，具有独特的协同性质，在催化和能量转换方面有着广泛的应用。

（自组装NiFe2O4/Au纳米晶超颗粒表征）
现有电催化活性评价方法所获得的结果包含导电碳粉、粘合剂等添加剂的复杂外部干扰，确定电催化剂的本征电催化活性一直以来是一项挑战。陈前进课题组基于前期自主研制的液滴型高分辨扫描电化学池显微镜技术（SECCM）对以上这一新型超颗粒电催化剂开展了单颗粒的电化学成像研究。通过同步结合电子显微成像在单个颗粒水平明确了超颗粒几何尺寸、组成、内部结构与微观的电化学行为关系，并获得了统计结果。


（单个纳米晶超颗粒的SECCM测量示意图）
在这项工作中，通过SECCM直接测量由尺寸约8 nm NiFe2O4和/或4 nm Au纳米晶自组装的单个超颗粒的析氧反应活性。结合场发射扫描电子显微镜（FE-SEM），发现在1.92 V vs. RHE电位下，单个NiFe2O4超颗粒的转换频率（TOF）范围为0.2至11 s-1，随着其尺寸减小而显著增加。但这一尺寸依赖性在超颗粒直径大于~800nm时表现不显著。加入二元金纳米晶组装单元后，TOF大幅增加约6倍，并随着金含量的进一步增加而趋于稳定。

（玻碳基底上单个NiFe2O4/Au (1:4)超颗粒的SECCM电化学成像）
这项工作首次描述了对具有可调谐结构的单个纳米晶超颗粒的直接单体电化学研究，并揭示了其他方法无法获得的内在结构与活性的关系，对合理设计具有复杂结构的高效纳米催化剂至关重要。在介观水平上的单个超颗粒电化学研究可能为单体电化学开辟一条新的途径。
该工作得到了国家自然科学基金、上海市自然科学基金、中央高效基本科研业务费专项资金的资金支持。