水在各種多相催化反應中發揮著至關重要的作用，但水如何參與這些化學過程的原子尺度表征仍然是一個重大挑戰。
在這里，南方科技大學Qing Guo，北京理工大學Duanyun Cao，北京大學Jing Guo使用組合掃描隧道顯微鏡和基于 qPlus 的非接觸原子力顯微鏡直接可視化界面水在金屬表面甲酸 (FA) 去質子化中的促進作用。
文章要點
1）研究發現當 FA 在 Cu(111) 表面與水共吸附時會解離，導致水合氫離子和甲酸根離子的形成。有趣的是，大多數水合質子和甲酸根離子在 Cu(111) 上表現出相分離行為，其中 Eigen 和 Zundel 陽離子組裝成單層六方氫鍵（H 鍵合）網絡，并且雙齒甲酸根離子被溶劑化水并聚集成一維鏈或二維氫鍵網絡。這種相分離行為對于防止質子從水合氫轉移回甲酸鹽以及 FA 的重組至關重要。
2）密度泛函理論計算表明，水的參與顯著降低了FA在Cu(111)上的去質子化勢壘，其中水通過Grotthuss質子轉移機制催化FA的分解。此外，由于與銅基材的相互作用增強，水合氫離子和二齒甲酸離子的單獨溶劑化在能量上是優選的。
3）程序升溫脫附實驗進一步證實了水對FA去質子化的促進作用，表明當水和FA共吸附在Cu(111)上時，H2脫附峰的強度顯著增加，FA的脫附下降表面。
參考文獻
Pu Yang, et al, Visualizing the Promoting Role of Interfacial Water in the Deprotonation of Formic Acid on Cu(111), J. Am. Chem. Soc., 2023
DOI: 10.1021/jacs.3c07726
https://doi.org/10.1021/jacs.3c07726
