研究背景
阴极腐蚀是一种电化学现象，在中等负电位下刻蚀金属，因其在电催化和金属表面处理等领域的潜在应用而备受关注。与传统阳极腐蚀相比，阴极腐蚀涉及复杂的电化学反应和中间物种，如金属阴离子或三元金属氢化物，具有过程隐蔽性强、化学变化微弱等特点。然而，由于腐蚀过程中氢气的剧烈析出和中间物种的极端不稳定性，目前对其机理的认识仍不完整，阻碍了其进一步的研究和应用开发。
成果简介为了解决这一问题，莱顿大学Marc T. M. Koper教授团队和SLAC国家加速器实验室Dimosthenis Sokaras 团队等人在Nature Materials期刊上发表了题为“Platinum hydride formation during cathodic corrosion in aqueous solutions”的最新论文。该团队针对铂电极在强碱性条件下的阴极腐蚀过程，设计了一种高能量分辨的X射线吸收近边结构（XANES）实验方案。通过定制的流动电池，研究团队有效减少了氢气气泡对光谱信号的干扰，成功探测到阴极腐蚀过程中铂的微小化学变化。这些变化与第一性原理模拟的表面铂多层氢化物X射线吸收光谱结果高度一致，首次提供了类氢化铂中间物种存在的直接证据。利用XANES技术，该研究显著提高了阴极腐蚀中间体的检测灵敏度，成功解析了阴极腐蚀的关键化学过程。
这一研究结果不仅填补了阴极腐蚀领域的知识空白，还为深入理解电催化相关条件下金属电极的化学行为提供了新视角。相关成果为开发更加稳定和高效的电催化材料提供了重要理论依据，展示了在复杂电化学环境中原位表征技术的巨大潜力。
1. 实验首次通过高能量分辨X射线吸收近边结构（XANES）研究了铂在阴极腐蚀过程中的化学变化，得到了阴极腐蚀过程中类氢化铂物种的直接证据。
2. 实验通过在10 mol/L NaOH溶液中对铂纳米颗粒进行原位表征，检测到铂在腐蚀过程中发生的微小化学变化。这些变化与表面铂多层氢化物的第一性原理模拟X射线吸收光谱结果一致，支持了阴极腐蚀过程中氢化铂物种的存在。
3. 实验结果表明，在高度不稳定的条件下，铂可以形成类氢化物，这些物种在氢气气泡生成过程中通常会干扰大多数光谱方法，因此本研究为这些难以观测的中间物种提供了直接观察。
图文解读
图1: 氢覆盖铂和块体铂化物的OCEAN光谱。
图2: 铂纳米粒子的实验HERFD-XANES光谱。
图3: 实验和计算HERFD-XANES差谱比较。
图4:氢覆盖铂的相图和表面模型。
结论展望本研究揭示了阴极腐蚀过程中铂氢化物的存在及其形成机制，对金属在阴极条件下的行为有重要科学启迪。首先，实验通过原位HERFD-XANES技术直接观察到铂在阴极腐蚀过程中形成了类氢化物物种，挑战了传统认为金属在负电位下稳定的假设，表明金属在温和的电化学条件下可能发生意想不到的化学变化。其次，研究指出氢多层吸附可导致铂晶格紊乱，进而形成阳离子稳定的铂氢化物，这为理解阴极腐蚀的化学机理提供了新的视角。更为重要的是，这一发现不仅深化了人们对金属阴极行为的基本认识，还提醒研究者在电催化实验中需关注可能存在的金属中间物种，以避免误判催化性能。此外，本研究通过实验和理论模拟相结合的方法，展示了先进光谱技术在电化学领域的潜力，为未来研究提供了技术参考和理论支持，具有广泛的科学意义。
文献信息Hersbach, T.J.P., Garcia-Esparza, A.T., Hanselman, S. et al. Platinum hydride formation during cathodic corrosion in aqueous solutions. Nat. Mater. (2025). https://doi.org/10.1038/s41563-024-02080-y
