1. 电化学活性位点结构，研究台阶位点以及聚集的台阶位点；2. 表征不同位点的电化学性能，给出了不同位点的结构与电化学性能之间的规律；3. 台阶聚集能够影响活性位点的数量，因此影响电催化反应活性。电催化剂的原子表面结构对电催化活性起到关键的作用。人们发现许多电催化反应中的一个规律，比如当台阶位点的数目较少，Pt催化剂的ORR反应活性与台阶位点（step）的数目线性相关，但是在台阶位点密度非常高的时候，催化活性与台阶位点的线性关系被打破。有鉴于此，莱顿大学Marcel J. Rost等报道通过原位电化学扫描隧道显微镜(EC-STM)研究Pt(111)的催化活性，从结构上揭示了这种异常变化的催化反应性质的原因是密集的相互靠近的台阶导致（多个台阶空间上靠近聚集在一起）。 发现Pt(554)的台阶和露台的宽度能够符合预测结果，但是Pt(553)晶面的大部分台阶位点结构变得比预测结果更加紧缩，台阶和平台的测试高度是标准值的两倍。这项研究对电化学领域普遍认为的台阶表面结构产生挑战，目前人们普遍认为台阶的表面是由均一的单原子高度。通过这个测试的台阶聚集解释了异常的高台阶密度表面结构，对相关报道的催化活性和零电荷的异常变化给出比较合理的解释。Scheme 1. Pt催化剂表面的台阶聚集以及电催化通过3D EC-STM成像表征技术，对同一个样品分别使用不同的电势（Us=0.1V, Ut=0.15V）表征Pt(554)表面和Pt(553)表面。表征发现Pt(554)和Pt(553)样品的平台宽度分别为23.1Å和23.9Å，这个表征结果非常奇怪，因为理论上Pt(554)和Pt(553)的平台宽度应该分别为22.4Å和10.4Å。分别使用STM对Pt(554)和Pt(553)随机选取50个点计算台阶的高度、平台的宽度，测试的结果显示Pt(553)的平台平均宽度为21.9±0.8Å，与理论结果（22.4Å）一致。但是，Pt(553)的平台宽度测试结果为11.3±0.5Å，20.6±0.5 Å，30±1Å，分别对应于标准的平台宽度，二重、三重平台宽度，这个测试结果说明存在二重、三重台阶。因此通过数据表征计算，说明Pt(553)的单重、双重、三重台阶比例分别为35±4%、51±5%、14±3%。根据这个结果说明Pt(554)晶面具有单台阶，但是Pt(553)晶面中65 %的台阶结构产生聚集特点（多个台阶空间上相互靠近的现象）。作者发现表面发生台阶聚集的情况能够通过参数计算进行解释。具体可以根据fstep和Bstep的关系能够降低总的自由能ftotal解释，其中fstep是指台阶的自由能，Bstep是指相互作用常数。台阶-台阶之间的排斥相互作用，导致ftotal改变。研究结果能够表现为ftotal与平台的宽度关系，当平台的宽度降低至n=8，台阶-台阶之间的相互作用产生更加显著的影响。表征的结果同样说明，当平台的宽度小于或者等于8个原子，台阶之间通过形成聚集台阶的方式降低自由能。这能够解释Pt(554)晶面具有单个台阶，但是Pt(553)晶面具有双重台阶。根据EC-STM表征发现Pt(553)的（100）台阶之间的平台宽度为4个原子，其中的台阶主要表现为聚集的形式。文献报道的表面XRD表征，在Pt(311)和Pt(331)晶面研究中同样发现类似的现象，虽然作者将这种现象归因于催化剂的表面重构。 在0.1 M HClO4电解液中测试Pt(111)和含有(111)台阶的Pt催化剂性能。电化学CV的影响。首先测试CV曲线，发现在低于0.4 V的区域具有宽峰，在0.13V具有尖峰，分别对应于平台和台阶位点。Pt(553)和Pt(221)晶面还在0.185V具有一个额外的峰，这个峰对应于聚集台阶位点的氢脱附。在含有(111)台阶的Pt(110)同样观测发现类似的峰，说明这个结论是可靠的。Pt(775)没有类似的峰，但是单个台阶对应的电势发生便宜，这说明其中存在聚集的台阶。对Epztc（零电荷电位）的影响。Epztc与功函密切相关，作者发现台阶聚集导致平台的宽度增加，因此导致Epztc增加。另外，人们知道酸性ORR反应在台阶边缘的凹性位点最活泼，Ohad中间体的结合作用比(111)平台更弱。因此，人们认为随着台阶位点增加，凹位点数目增加，因此ORR催化活性将线性增加。但是测试结果发现并非如此，ORR半波电位（催化活性描述符）只有在n<9的时候才能够表现随着台阶密度增加而增加的现象。不同晶面的台阶聚集。Pt(775)，Pt(221)，Pt(331)产生台阶聚集的现象，并且导致台阶边缘位点的数量降低1/2（台阶成对方式出现），1/3（台阶以三个一组形式出现）。测试结果发现Pt(221)主要形成了成对的台阶，Pt(331)主要形成三个台阶聚集的形式，Pt(775)主要形成的是两个台阶成对出现方式。 台阶聚集能够影响其他对于台阶位点敏感的电催化反应，比如CO氧化反应、NH3氧化反应。Valls Mascaró, F., Koper, M.T.M. & Rost, M.J. Step bunching instability and its effects in electrocatalysis on platinum surfaces. Nat Catal (2024).DOI: 10.1038/s41929-024-01232-2https://www.nature.com/articles/s41929-024-01232-2
