為了實現可再生能源的儲存和轉換，需要合理設計穩定和高性能的材料并對其所涉及的反應進行深入理解。在過去的幾十年中，人們發展了各種實驗技術和模擬方法來識別反應中間體和揭示表面介導的電化學反應的反應路徑。其中，衰減全反射-表面增強紅外吸收光譜(ATR-SEIRAS)已被廣泛用于研究各種重要的電化學過程。光譜信號的貢獻隨著分子與金屬表面之間距離的增加呈指數衰減，使得選擇性檢測吸附在電化學界面上和附近(< 10nm)的物種成為理想的方法。通常，具有粗糙金屬島的薄膜對于吸附物質的振動信號的顯著增強是必要的，吸附分子的光學性質的急劇變化(稱為SEIRA效應)，強烈依賴于金屬薄膜的形貌。

目前，在催化應用中用于ATR-SEIRAS的大多數金屬薄膜是通過濕化學沉積方法制備的，這導致對單個金屬納米顆粒的形狀和金屬薄膜的形態缺乏控制。同時，化學沉積金屬薄膜的相對較差的靈敏度和再現性使得獲得完整的機制信息具有挑戰性，并可能導致不完整/不正確的機理理解。

基于此，華中科技大學楊旋、華東理工大學張博威和北京大學徐冰君等展示了一種通過自組裝Au納米立方體制備Au超晶格薄膜的新方法，其在電化學界面附近的SEIRA效應顯著增強約1個數量級。

具體而言，研究人員從邊長為40 nm的Au納米立方體出發，在直徑為2 cm的Si晶體表面制備了菱形Au納米立方體超晶格(GNSs)，并系統地評估了自組裝過程的條件，以確保高質量和良好的重現性。根據實驗結果，發現GNSs的SEIRA效應在很大程度上取決于薄膜的樣式和相鄰Au納米立方體之間的距離。

在0.1 M HClO₄和0.5 M KHCO₃中，間距為5-8 nm的超晶格表現出最高的SEIRA效應，與傳統的化學沉積金膜(CDFs)相比，分別增強了6.4±1.7和8.1±1.7。時域有限差分(FDTD)模擬顯示，增強的電磁場導致GNSs的光譜振動顯著改善；此外，這種Au超晶格被成功地應用于研究在酸性和中性環境中Cu₂O表面的電化學CO還原反應(CORR)：在0.1 M HClO₄和0.5 M KHCO₃中，吸附的CO的振動信號比CDFs分別增強了2.4±0.5和18.0.1.3倍。

結合同位素標記實驗，在Au超晶格上的SEIRAS結果表明，吸附的CO與CH₃I中的CH₃基團之間發生偶聯反應產生乙醇。綜上，該項研究結果為揭示表面介導的電化學反應機理提供了一種具有高靈敏度和可重復性的新方法。

Mechanistic insights into C-C coupling in electrochemical CO reduction using gold superlattices. Nature Communications, 2024. DOI: 10.1038/s41467-024-44923-x