日本金澤大學奈米生命科學研究所的高橋康史副教授、東北大學的末永智一特任教授和約翰斯·霍普金斯大學的陳明偉教授等人組成的聯合研究團隊，提高了掃描電化學池顯微鏡（SECCM）的解析度，對於作爲制氫反應（HER）觸媒而備受期待的過渡金屬硫族化物奈米片的催化活性位點成功實施了電化學成像。
＜研究背景＞
隨着汽車行業大力開發燃料電池汽車，氫的需求迅速高漲。以MoS2爲首的過渡金屬硫族化物奈米片由於價格便宜，所以作爲取代Pt的制氫反應（HER）觸媒備受期待。要想進一步提高MoS2奈米片的HER活性，必須實施活性位的視覺化並明確劣化機制。但利用以往測量HER活性的電化學測量法，只能得到材料整體的平均響應。
＜研究内容＞
聯合研究團隊開發了可以使MoS2奈米片的HER活性位直接視覺化的分析技術SECCM。SECCM利用奈米移液器局部形成了奈米級電化學池，透過用移液器掃描樣本表面來獲得電化學影像。SECCM的解析度取決於奈米移液器的開口，因此透過實施奈米移液器的微細化及改良裝置，開發出了擁有全球最高空間解析度的SECCM，並透過電化學成像使MoS2奈米片狀HER活性位直接實施了視覺化（圖1）。
圖1：利用SECCM測量MoS2奈米片的概要
由此發現MoS2奈米片邊緣部分的HER活性較高（圖2）。另外還應答，透過SECCM電化學形成與MoS2奈米片的HER活性密切相關的硫（S）缺陷時，這部分的HER活性會強化（圖3）。此外發現，在空氣中保存樣本時，會最先從邊緣部分開始劣化，HER活性比平坦部分降低（圖4）。以前一直認爲奈米片的層數與電化學活性密接相關，但此次透過直接電化學成像證明，實際與層數沒有關係（圖5）。
圖2：採用SECCM的MoS2奈米片電化學成像
圖3：採用SECCM的局部電化學活性化
圖4：因SECCM劣化的MoS2/WS2異質奈米片的電化學成像
圖5：MoS2/WS2異質奈米片的HER活性與層數之間的關係
＜未來展望＞
透過使觸媒的活性位直接電化學視覺化，不僅是HER，還可應用於製氧位點和質子傳導位點等多種電化學技術的視覺化。由此，有望提供觸媒開發的設計指南，開發出不易劣化的觸媒。
相關研究成果已於2019年11月28日發佈在德國化學會的期刊《Angewandte Chemie International Edition》的網路版上。
＜論文資訊＞
題目：「High Resolution Electrochemical Mapping of Hydrogen Evolution Reaction on Transition Metal Dichalcogenide Nanosheets」
DOI：10.1002/anie.201912863
文：JST客觀日本編輯部翻譯整理
