安吉尔加西亚埃斯帕扎因研究催化剂的作用而荣获2023年斯派塞青年研究员奖

当催化剂在化学反应中发挥作用时对其进行分析并不是一件容易的事。相反，研究人员经常依赖“事后分析”，比较反应前后的催化剂，并将其发生的情况拼凑在一起。

然而，AngelGarcia-Esparza 使用能源部 SLAC 国家加速器实验室的 斯坦福同步辐射光源 ( SSRL ) 产生的 X 射线来监测催化剂和能源材料 在不同环境(例如可再生能源)中的化学反应过程中的表现。转换技术和下一代微电子学的发展。

他的工作为他赢得了 SSRL 的 2023 年斯派塞青年研究员奖。他很惊喜地加入了之前获奖者的行列。

“我读了之前的获奖者名单，他们都是令人惊叹、勤奋的人。我熟悉 SLAC 所做的科学研究的质量。SSRL-SLAC 能够认可我们的工作是一种荣幸。”SSRL 的项目科学家 Garcia-Esparza 说道。

但他也很快指出，他的工作涉及在 SSRL 终端站进行复杂的实验并开发理论框架来解释前所未有的数据，只有在 SLAC 社区的密切合作下才能实现。

“这就像一首交响乐，”他说。“每个人都在互相帮助，尽自己的一份力量，使整个事情和谐运转。我的名字出现在该奖项上，但这要感谢 SLAC，特别是我们 SSRL 的团队。”

用于催化降解的“X射线视觉”

加西亚-埃斯帕扎对可再生能源催化剂的开发和表征特别感兴趣。电催化剂尤其有助于称为水分解的化学反应，其中利用可再生能源(无论是太阳、风还是水)产生的电力将水分子分解成氢气和氧气。然后氢气可以被储存并用作无化石燃料的能源。

加西亚-埃斯帕扎表示：“电催化剂不仅是乃至全世界可再生能源经济发展的关键。”

铂就是这样一种电催化剂。该催化剂也用于燃料电池汽车。对于这两种应用中的任何一种，研究人员都需要铂无论在什么条件下都能长时间保持稳定。

虽然铂在酸性条件下的催化性能已得到充分记录，但在碱性条件下的研究却远不那么全面。Garcia-Esparza 和他的同事利用 SSRL 的 X 射线吸收光谱法展示了铂在碱性条件下如何更快地降解。

“他解决了在理解酸性环境与碱性环境中降解机制方面的知识差距，”迪莫斯泰尼斯·索卡拉斯在加西亚-埃斯帕扎的提名信中写道。SSRL 的高级科学家索卡拉斯提名加西亚-埃斯帕扎为“他的奉献精神、创新方法和研究”。

他的发现将帮助研究人员设计更高效、更耐用的能量转换催化剂，但范围不限于铂。

薄材料的重大创新

加西亚-埃斯帕扎还因其对不同材料二维二硫化钼降解的研究而受到认可，这是斯坦福大学郑晓林和索卡拉斯合作研究项目的一部分，该项目由普雷库特能源研究所资助。使用这种原子级薄的材料将使微电子学超越当前的尺寸限制，但单层二维二硫化钼样品中根本没有足够的物质来用当前的 X 射线方法对其进行探测。

为了克服这个问题，Garcia-Esparza 帮助开发和优化了一种新仪器，该仪器首次能够在反应条件下使用 X 射线吸收光谱来测量这种超薄或稀释的材料。

“我们能够捕捉到这些原子薄材料的美丽光谱，这本身就是一个非常困难的挑战，”他谈到这一突破时说道。

一旦 Garcia-Esparza 和他的同事证明他们可以获得单层二维二硫化钼的光谱，他们就确定了添加氧气或氢气在不同温度下如何影响样品。加西亚-埃斯帕扎发现，即使在氧气含量较低的情况下，由于样品中存在微量氧化物物质，该材料的氧化速度也比预期的要快。预先去除二硫化钼中的杂质可以在更高的温度下产生更稳定的样品，这表明未来基于这种材料的器件必须不含氧化物，以防止微电子器件的快速降解。

Garcia-Esparza 还展示了氢气如何从二维二硫化钼中去除硫原子，从而有效地调节其电子特性。

Garcia-Esparza 说：“我们阐明了二硫化钼中硫空位的形成机制，并描述了其原子结构特性，这是优化其在电子、光学和催化系统中应用的关键。”