1. 電化學活性位點結構，研究臺階位點以及聚集的臺階位點；2. 表征不同位點的電化學性能，給出了不同位點的結構與電化學性能之間的規律；3. 臺階聚集能夠影響活性位點的數量，因此影響電催化反應活性。電催化劑的原子表面結構對電催化活性起到關鍵的作用。人們發現許多電催化反應中的一個規律，比如當臺階位點的數目較少，Pt催化劑的ORR反應活性與臺階位點（step）的數目線性相關，但是在臺階位點密度非常高的時候，催化活性與臺階位點的線性關系被打破。有鑒于此，萊頓大學Marcel J. Rost等報道通過原位電化學掃描隧道顯微鏡(EC-STM)研究Pt(111)的催化活性，從結構上揭示了這種異常變化的催化反應性質的原因是密集的相互靠近的臺階導致（多個臺階空間上靠近聚集在一起）。 發現Pt(554)的臺階和露臺的寬度能夠符合預測結果，但是Pt(553)晶面的大部分臺階位點結構變得比預測結果更加緊縮，臺階和平臺的測試高度是標準值的兩倍。這項研究對電化學領域普遍認為的臺階表面結構產生挑戰，目前人們普遍認為臺階的表面是由均一的單原子高度。通過這個測試的臺階聚集解釋了異常的高臺階密度表面結構，對相關報道的催化活性和零電荷的異常變化給出比較合理的解釋。Scheme 1. Pt催化劑表面的臺階聚集以及電催化通過3D EC-STM成像表征技術，對同一個樣品分別使用不同的電勢（Us=0.1V, Ut=0.15V）表征Pt(554)表面和Pt(553)表面。表征發現Pt(554)和Pt(553)樣品的平臺寬度分別為23.1?和23.9?，這個表征結果非常奇怪，因為理論上Pt(554)和Pt(553)的平臺寬度應該分別為22.4?和10.4?。分別使用STM對Pt(554)和Pt(553)隨機選取50個點計算臺階的高度、平臺的寬度，測試的結果顯示Pt(553)的平臺平均寬度為21.9±0.8?，與理論結果（22.4?）一致。但是，Pt(553)的平臺寬度測試結果為11.3±0.5?，20.6±0.5??，30±1?，分別對應于標準的平臺寬度，二重、三重平臺寬度，這個測試結果說明存在二重、三重臺階。因此通過數據表征計算，說明Pt(553)的單重、雙重、三重臺階比例分別為35±4%、51±5%、14±3%。根據這個結果說明Pt(554)晶面具有單臺階，但是Pt(553)晶面中65 %的臺階結構產生聚集特點（多個臺階空間上相互靠近的現象）。作者發現表面發生臺階聚集的情況能夠通過參數計算進行解釋。具體可以根據fstep和Bstep的關系能夠降低總的自由能ftotal解釋，其中fstep是指臺階的自由能，Bstep是指相互作用常數。臺階-臺階之間的排斥相互作用，導致ftotal改變。研究結果能夠表現為ftotal與平臺的寬度關系，當平臺的寬度降低至n=8，臺階-臺階之間的相互作用產生更加顯著的影響。表征的結果同樣說明，當平臺的寬度小于或者等于8個原子，臺階之間通過形成聚集臺階的方式降低自由能。這能夠解釋Pt(554)晶面具有單個臺階，但是Pt(553)晶面具有雙重臺階。根據EC-STM表征發現Pt(553)的（100）臺階之間的平臺寬度為4個原子，其中的臺階主要表現為聚集的形式。文獻報道的表面XRD表征，在Pt(311)和Pt(331)晶面研究中同樣發現類似的現象，雖然作者將這種現象歸因于催化劑的表面重構。 在0.1 M HClO4電解液中測試Pt(111)和含有(111)臺階的Pt催化劑性能。電化學CV的影響。首先測試CV曲線，發現在低于0.4 V的區域具有寬峰，在0.13V具有尖峰，分別對應于平臺和臺階位點。Pt(553)和Pt(221)晶面還在0.185V具有一個額外的峰，這個峰對應于聚集臺階位點的氫脫附。在含有(111)臺階的Pt(110)同樣觀測發現類似的峰，說明這個結論是可靠的。Pt(775)沒有類似的峰，但是單個臺階對應的電勢發生便宜，這說明其中存在聚集的臺階。對Epztc（零電荷電位）的影響。Epztc與功函密切相關，作者發現臺階聚集導致平臺的寬度增加，因此導致Epztc增加。另外，人們知道酸性ORR反應在臺階邊緣的凹性位點最活潑，Ohad中間體的結合作用比(111)平臺更弱。因此，人們認為隨著臺階位點增加，凹位點數目增加，因此ORR催化活性將線性增加。但是測試結果發現并非如此，ORR半波電位（催化活性描述符）只有在n<9的時候才能夠表現隨著臺階密度增加而增加的現象。不同晶面的臺階聚集。Pt(775)，Pt(221)，Pt(331)產生臺階聚集的現象，并且導致臺階邊緣位點的數量降低1/2（臺階成對方式出現），1/3（臺階以三個一組形式出現）。測試結果發現Pt(221)主要形成了成對的臺階，Pt(331)主要形成三個臺階聚集的形式，Pt(775)主要形成的是兩個臺階成對出現方式。 臺階聚集能夠影響其他對于臺階位點敏感的電催化反應，比如CO氧化反應、NH3氧化反應。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
