国产三级精品三级在线观看,国产高清无码在线观看,中文字幕日本人妻久久久免费,亚洲精品午夜无码电影网

催化頂刊集錦:Angew.、Nat. Catal.、AM、AFM、ACS Catal.、Small等

1. Angew.: O橋接InNi原子對作為雙金屬活性位點,協(xié)同電催化CO2還原為CO
催化頂刊集錦:Angew.、Nat. Catal.、AM、AFM、ACS Catal.、Small等
電化學(xué)CO2還原(CO2RR)為增值燃料和化學(xué)品(如一氧化碳、甲酸鹽、甲烷、乙烯和乙醇)受到越來越多的關(guān)注。到目前為止,研究人員探究了大量的材料,如金屬、合金、金屬氧化物和金屬硫族化合物在水溶液中電催化CO2還原為CO的電化學(xué)性能。然而,它們的催化性能受到大的過電位、低選擇性、較差的穩(wěn)定性和競爭性析氫反應(yīng)的極大限制。因此,目前急需探索高活性和選擇性的CO2RR電催化劑以推動電化學(xué)CO2RR的進一步發(fā)展。
近日,大連理工大學(xué)侯軍剛課題組設(shè)計了一種原子分散的InNi雙位點催化劑,其中兩個金屬原子與一個軸向氧原子橋接,形成O-N6-Ni活性部分錨定在氮摻雜碳上(InNi DS/NC)。
催化頂刊集錦:Angew.、Nat. Catal.、AM、AFM、ACS Catal.、Small等
催化頂刊集錦:Angew.、Nat. Catal.、AM、AFM、ACS Catal.、Small等
電化學(xué)CO2RR性能測試結(jié)果顯示,所制備的InNi DS/NC具有優(yōu)越的CO選擇性,在-0.5~-0.8 VRHE的大電位范圍內(nèi),電化學(xué)CO2RR轉(zhuǎn)化為CO的法拉第效率(FE)高于90%,在在-0.7 VRHE的FE達到96.7%;并且InNi DS/NC在-1.0 VRHE處的CO部分電流密度達到317.2 mA cm-2。此外,InNi DS/NC也顯示出優(yōu)異的CO2RR穩(wěn)定性,其在連續(xù)電解15小時后的FECO仍保持初始的98.3%。
催化頂刊集錦:Angew.、Nat. Catal.、AM、AFM、ACS Catal.、Small等
ATR-SEIRAS結(jié)合密度泛函理論(DFT)計算表明,在氧原子橋存在的情況下,Ni和DS/NC載體上的相鄰In位點之間的協(xié)同作用能夠降低催化劑表面形成*COOH中間體的能壘,可以選擇性地提高CO的產(chǎn)量??偟膩碚f,該項工作不僅證明了雙位點催化劑在催化CO2RR轉(zhuǎn)化為CO的優(yōu)越性,同時也為構(gòu)建能量轉(zhuǎn)換的雙位點催化劑提供了一種可行的策略。
Oxygen-Bridged Indium-Nickel Atomic Pair as Dual-Metal Active Sites Enabling Synergistic Electrocatalytic CO2 Reduction. Angewandte Chemie International Edition, 2022. DOI: 10.1002/anie.202216326
2. Angew.: Cu-ZnZr催化劑中獨特Zn物種促進電化學(xué)CO2RR轉(zhuǎn)化為甲醇
催化頂刊集錦:Angew.、Nat. Catal.、AM、AFM、ACS Catal.、Small等
電化學(xué)二氧化碳還原(CO2RR)為甲醇是一種很有前景的方法,其能夠有效降低全球二氧化碳排放,同時生成的甲醇可作為高附加值化學(xué)品。目前,高性能、低成本的Cu/ZnO基催化劑被廣泛用于電化學(xué)CO2RR制甲醇,但Zn物種復(fù)雜的性質(zhì)以及反應(yīng)過程中結(jié)構(gòu)變化尚未得到清楚地解釋,這限制了Cu/ZnO基催化劑的進一步修飾改性以提高電化學(xué)CO2RR制甲醇的性能。
近日,中科院大連化物所孫劍、俞佳楓卡爾斯魯厄理工學(xué)院Jan-Dierk Grunwaldt等采用雙噴嘴火焰噴霧熱解(DFSP)法,從Cu(Cu-ZnZr)中分離出Zn和Zr組分,合成了一系列成分固定但局部結(jié)構(gòu)不同的Cu-Zn-Zr三元催化劑(Cu-ZnZr、Zr-CuZn和Zn-CuZr)。
催化頂刊集錦:Angew.、Nat. Catal.、AM、AFM、ACS Catal.、Small等
催化頂刊集錦:Angew.、Nat. Catal.、AM、AFM、ACS Catal.、Small等
具體而言,該方法可以將三種組分的兩個前驅(qū)體按不同順序組合起來,加強它們在同一火焰中的相互作用,同時防止在不同火焰中形成復(fù)合材料,因此,其可以實現(xiàn)催化劑的可控合成,這有利于建立清晰的催化劑結(jié)構(gòu)與反應(yīng)性能之間的關(guān)系。性能測試結(jié)果表明,所制備的催化劑甲醇選擇性和產(chǎn)率具有明顯的區(qū)別:Cu-ZnZr>Zr-CuZn>Zn-CuZr。通過Operando XAS分析了鋅物種的動態(tài)結(jié)構(gòu)變化,結(jié)果表明,由于高度分散的ZnO團簇與ZrO2載體之間的強相互作用,Cu-ZnZr催化劑在反應(yīng)過程中產(chǎn)生了原子分散的鋅位點。
催化頂刊集錦:Angew.、Nat. Catal.、AM、AFM、ACS Catal.、Small等
此外,原位表征和密度泛函理論(DFT)計算表明,由于增強的甲酸鹽吸附和低的氫活化能,這種獨特的鋅物種促進了H3CO*轉(zhuǎn)化為甲醇的選擇性而不是分解為CO,這打破了人們對于Zr-CuZn催化劑中活性Cu-ZnO界面能夠促進甲醇生產(chǎn)的認知。相比之下,Zn-CuZr催化劑上相對較大且獨立的ZnO納米顆粒對甲醇生產(chǎn)的貢獻最小,這是由于其缺乏對氫活化和甲酸鹽穩(wěn)定的促進作用。
綜上,該項工作表明,銅基催化劑的甲醇合成性能強烈依賴于鋅物種的結(jié)構(gòu),并且在制備過程中通過與其他組分的相互作用很容易控制,這在多組分催化劑中設(shè)計有效物種方面顯示出具有巨大的潛力。
Probing the Nature of Zinc in Copper-Zinc-Zirconium Catalysts by Operando Spectroscopies for CO2 Hydrogenation to Methanol. Angewandte Chemie International Edition, 2022. DOI: 10.1002/anie.202216803
3. Nat. Catal.: 離域態(tài)誘導(dǎo)選擇性鍵斷裂,促進Cu2NCN高效電催化CO2轉(zhuǎn)化為甲醇
催化頂刊集錦:Angew.、Nat. Catal.、AM、AFM、ACS Catal.、Small等
甲醇作為一種清潔燃料,在化學(xué)工業(yè)中需求量很大。目前甲醇的工業(yè)生產(chǎn)主要在高溫高壓條件下(50-100 bar,200-300°C)合成,導(dǎo)致嚴重的溫室氣體排放(生產(chǎn)一噸甲醇排放的CO2>30 kg)。利用銅基材料電催化CO2還原反應(yīng)(CO2RR)生成甲醇是一種低能耗且綠色的甲醇制備方法,目前通過開發(fā)具有獨特原子和電子特性的銅基催化位點,已經(jīng)選擇性地獲得了多種C1和多碳(C2+)產(chǎn)物。然而,銅基材料對電化學(xué)CO2還原為甲醇的活性和選擇性并不理想,這限制了其在電化學(xué)CO2RR轉(zhuǎn)化為甲醇反應(yīng)中的大規(guī)模應(yīng)用。
基于此,中科院上海硅酸鹽研究所黃富強王家成復(fù)旦大學(xué)鄭耿鋒等設(shè)計并合成了一種具有鋸齒狀分子結(jié)構(gòu)的銅氰胺(Cu2NCN)晶體,作為高效和高選擇性電化學(xué)CO2轉(zhuǎn)化為CH3OH的催化劑。
催化頂刊集錦:Angew.、Nat. Catal.、AM、AFM、ACS Catal.、Small等
催化頂刊集錦:Angew.、Nat. Catal.、AM、AFM、ACS Catal.、Small等
在以0.5 M KHCO3為電解質(zhì)的膜電極組件(MEA)電解槽中進行CO2RR電化學(xué)性能測試。結(jié)果顯示,Cu2NCN催化劑在3.4 V的全電池電壓下具有最高的CO2還原為CH3OH選擇性(70%),甲醇部分電流密度為?92.3 mA cm?2,以及對應(yīng)的甲醇生產(chǎn)速率為0.160 μmol?1cm?2。
此外,研究人員還測試了Cu2NCN的電化學(xué)穩(wěn)定性。在恒定的全電池電壓3.4 V下,Cu2NCN催化劑連續(xù)運行超過10 h且電流保持在約400?mA;催化劑組分和結(jié)構(gòu)表征結(jié)果顯示,電解后催化劑上仍保留了大部分Cu2NCN,只有一小部分金屬態(tài)Cu形成,這表明Cu2NCN具有優(yōu)異的電催化穩(wěn)定性。
催化頂刊集錦:Angew.、Nat. Catal.、AM、AFM、ACS Catal.、Small等
密度泛函理論(DFT)計算表明,由NCN2?陰離子強配位引起的陽離子極化大大增強了每個Cu(I)周圍的電子云分散,從而將孤立的Cu(I)位點的電子結(jié)構(gòu)改變?yōu)楦x域的狀態(tài);Cu2NCN分子的曲折結(jié)構(gòu)進一步組裝成一個層層堆疊的網(wǎng)絡(luò),其中的孤立Cu(I)位點抑制C–C耦合以及選擇性地誘導(dǎo)Cu–O鍵斷裂來削弱Cu–*OCH3的相互作用,從而實現(xiàn)CO2高選擇性地轉(zhuǎn)化為甲醇。
綜上,這項工作為高效CO2-CH3OH轉(zhuǎn)化提供了一種有效的催化劑,并且該項工作所提到的催化劑設(shè)計策略為設(shè)計和制備高性能的電催化劑以電合成高附加值產(chǎn)物提供了指導(dǎo)。
Delocalization State-induced Selective Bond Breaking for Efficient Methanol Electrosynthesis from CO2. Nature Catalysis, 2022. DOI: 10.1038/s41929-022-00887-z
4. AM: 獨特缺電子Ru-RuO2界面,促進Ru/RuO2快速持久催化堿性HOR
催化頂刊集錦:Angew.、Nat. Catal.、AM、AFM、ACS Catal.、Small等
堿性膜燃料電池(AEMFCs)具有低成本和高理論能量密度等特點受到人們越來越多的關(guān)注。然而,在堿性介質(zhì)中,陽極上的氫氧化反應(yīng)(HOR)動力學(xué)緩慢(比在酸性介質(zhì)中低兩個數(shù)量級),這限制了AEMFCs的進一步大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用。雖然基于鉑的電催化劑對堿性HOR通常表現(xiàn)出高活性,但Pt的成本較高,不適合在AEMFCs中大規(guī)模使用。因此,尋找經(jīng)濟有效且穩(wěn)定的無Pt堿性HOR電催化劑有利于推動AEMFCs的進一步發(fā)展。
基于此,浙江大學(xué)孫文平潘洪革等設(shè)計并合成了由Ru和RuO2組成的Ru/RuO2平面內(nèi)異質(zhì)結(jié)構(gòu),其具有獨特的Ru(100)/RuO2(200)界面,能夠快速和持久的電催化堿性HOR。
催化頂刊集錦:Angew.、Nat. Catal.、AM、AFM、ACS Catal.、Small等
催化頂刊集錦:Angew.、Nat. Catal.、AM、AFM、ACS Catal.、Small等
電化學(xué)性能測試結(jié)果顯示,最優(yōu)的Ru/RuO2-180在整個電位范圍內(nèi)具有最高的電流密度,表明其具有最高的電催化性能。在0.1 V時,Ru/RuO2-250的電流密度的急劇下降,這可能是由于Ru/RuO2-250中金屬Ru物質(zhì)的氧化引起的(導(dǎo)致活性金屬Ru與氫鍵結(jié)合位點的消失,這是Ru基HOR電催化劑的典型現(xiàn)象)。
相比之下,Ru/RuO2-180在0~0.33 VRHE的電位范圍內(nèi)不會出現(xiàn)急劇的電流下降,表明Ru/RuO2-180中金屬Ru物質(zhì)的氧化受到抑制。此外,Ru/RuO2-180的耐久性顯著增強,在連續(xù)運行4.2 h和8 h后,電流密度分別下降了8.5%和10%,優(yōu)于Pt/C催化劑;Ru/RuO2-180在經(jīng)過穩(wěn)定性測試后的結(jié)構(gòu)和組分并未發(fā)生明顯變化,這進一步證明了Ru/RuO2-180平面內(nèi)異質(zhì)結(jié)構(gòu)中豐富的Ru-RuO2封閉界面在防止Ru被氧化方面起著至關(guān)重要的作用。
催化頂刊集錦:Angew.、Nat. Catal.、AM、AFM、ACS Catal.、Small等
為了進一步闡明Ru/RuO2平面異質(zhì)結(jié)構(gòu)電催化劑優(yōu)異電催化性能的根源,研究人員進行了密度泛函理論(DFT)計算。結(jié)果表明,Ru/RuO2中界面金屬Ru原子周圍的電子耗盡和O原子周圍的積累,進一步驗證了電子通過Ru/RuO2異質(zhì)界面轉(zhuǎn)移。此外,Ru/RuO2中Ru-RuO2界面的Ru和RuO2域分別是H和OH的最佳吸附位點:與純Ru相比,異質(zhì)界面上的金屬Ru與Had的相互作用較弱,界面RuO2與OHad的相互作用強于純RuO2,這大大提高了堿性HOR的反應(yīng)動力學(xué)。
更重要的是,異質(zhì)結(jié)構(gòu)中的界面Ru與OH和O的相互作用也比純Ru更弱,因此Ru/RuO2中的界面金屬Ru比純Ru具有更差的氧化性,這證實了獨特的Ru-RuO2界面能夠抑制金屬Ru物種的氧化,這對于Ru/RuO2在HOR反應(yīng)過程中的穩(wěn)定性至關(guān)重要。綜上,這項工作證明了建立具有對堿性HOR中間體吸附平衡的異質(zhì)界面對于提高催化劑的反應(yīng)活性和穩(wěn)定性具有重要的意義。
Fast and Durable Alkaline Hydrogen Oxidation Reaction at Electron-Deficient Ruthenium-Ruthenium Oxide Interface. Advanced Materials, 2022. DOI: 10.1002/adma.202208821
5. AFM: Ni改性Ru MLNS的晶格和表面,實現(xiàn)高性能催化HOR
催化頂刊集錦:Angew.、Nat. Catal.、AM、AFM、ACS Catal.、Small等
氫氧化物交換膜燃料電池(HEMFC)作為最具發(fā)展前景的能量轉(zhuǎn)換設(shè)備之一,在能源可持續(xù)發(fā)展方面受到越來越多的關(guān)注。通常,HEMFC由兩個半反應(yīng)組成:陽極氫氧化反應(yīng)(HOR)和陰極氧還原反應(yīng)(ORR)。在過去的幾十年里,鉑被廣泛用于催化HOR反應(yīng)。然而,在堿性條件下鉑的HOR動力學(xué)緩慢,以及鉑的高成本嚴重限制了其廣泛的應(yīng)用。因此,開發(fā)高效、無鉑的堿性HOR催化劑具有重要意義。
近日,廈門大學(xué)黃小青廣東工業(yè)大學(xué)徐勇等利用Ni對Ru多層納米薄片(MLNS)的改性可以顯著提高HOR性能(HOR性能與Ni在Ru MLNS表面或晶格中的位置密切相關(guān))。
催化頂刊集錦:Angew.、Nat. Catal.、AM、AFM、ACS Catal.、Small等
催化頂刊集錦:Angew.、Nat. Catal.、AM、AFM、ACS Catal.、Small等
首先,研究人員通過化學(xué)法制備了三種不同的催化劑:Ru MLNS(未經(jīng)Ni改性)、d-RuNi MLNS(Ni位于晶格中)和i-RuNi MLNS(Ni位于表面)。隨后對這幾種催化進行了電催化HOR性能測試,結(jié)果表明,d-RuNi MLNS/C和i-RuNi MLNS/C的HOR活性均高于Ru MLNS/C,說明在Ru的表面和晶格中添加Ni可以促進堿性HOR性能。
隨后,研究人員在d-RuNi MLNS表面沉積了Ni(di-RuNi MLNS)。在穩(wěn)定性測試期間,di-RuNi MLNS/C的HOR活性在1小時后僅降低11.5%;當反應(yīng)時間延長至3小時,di-RuNi MLNS/C上的電流密度僅下降了25.7%,表明di-RuNi MLNS/C具有優(yōu)異的HOR穩(wěn)定性。
催化頂刊集錦:Angew.、Nat. Catal.、AM、AFM、ACS Catal.、Small等
催化頂刊集錦:Angew.、Nat. Catal.、AM、AFM、ACS Catal.、Small等
實驗結(jié)果和密度泛函理論(DFT)計算表明,在d-RuNi MLNS、i-RuNi MLNS和di-RuNi MLNS中,di-RuNi MLNS的ΔG*H最接近于零,這有利于進行HOR反應(yīng)。在堿性條件下高效的HOR需要在*H和*OH吸附之間達到平衡,di-RuNi MLNS上在晶格和表面的Ni的協(xié)同作用有助于實現(xiàn)*H和*OH吸附之間的平衡,從而提高HOR性能。
此外,水的形成能是影響HOR性能的另一個關(guān)鍵步驟。di-RuNi MLNS上的水形成能為0.14 eV,遠低于d-RuNi MLNS和i-RuNi MLNS,這再次表明di-RuNi MLNS可以作為催化HOR的活性催化劑。綜上,該項工作不僅揭示了Ru的晶格和表面改性對提升HOR性能的重要性,而且也對用于燃料電池的Ru基材料的合理設(shè)計起到了促進作用。
Lattice and Surface Engineering of Ruthenium Nanostructures for Enhanced Hydrogen Oxidation Catalysis. Advanced Functional Materials, 2022. DOI: 10.1002/adfm.202210328
6. AFM: Ru/Se-RuO2酸性O(shè)ER活性高,可控硒化策略功不可沒!
催化頂刊集錦:Angew.、Nat. Catal.、AM、AFM、ACS Catal.、Small等
在酸性條件下進行電化學(xué)水分解制氫是一項有效和綠色無污染的制氫方法。然而,電化學(xué)水分解的進一步發(fā)展受到析氧反應(yīng)(OER)緩慢動力學(xué)的限制,因此大量的研究工作致力于開發(fā)具有優(yōu)異活性和耐久性的催化劑以實現(xiàn)高效穩(wěn)定催化OER。具有豐富d軌道電子的釕(Ru)及其化合物被認為是替代商業(yè)銥基催化劑的潛在候選者。
然而,釕的氧化物在酸性條件下的耐腐蝕性較差,這阻礙了釕基OER電催化劑的大規(guī)模應(yīng)用。因此,目前迫切需要探索有效的策略來提高Ru基氧化物對酸性水分解的催化活性和耐久性。
催化頂刊集錦:Angew.、Nat. Catal.、AM、AFM、ACS Catal.、Small等
催化頂刊集錦:Angew.、Nat. Catal.、AM、AFM、ACS Catal.、Small等
近日,清華大學(xué)伍暉、北京郵電大學(xué)雷鳴、暨南大學(xué)李希波武漢理工大學(xué)唐浩林等報道了一種簡便的硒輔助還原方法,通過球磨和退火工藝成功制備出具有部分Ru的硒改性RuO2(Ru/Se-RuO2)。Ru/Se-RuO2表現(xiàn)出優(yōu)異的酸性O(shè)ER性能,其在10 mA cm-2電流密度下的過電位低至190 mV;其還具有快速的電子轉(zhuǎn)移動力學(xué),以及更多的催化活性位點和優(yōu)異的長期耐久性,性能優(yōu)于商業(yè)RuO2
催化頂刊集錦:Angew.、Nat. Catal.、AM、AFM、ACS Catal.、Small等
實驗結(jié)果和理論計算表明,Ru/Se-RuO2的優(yōu)異電催化性能可能是由于電子轉(zhuǎn)移相互作用的增強和Ru/RuO2異質(zhì)結(jié)的形成。此外,Ru/Se對RuO2的共修飾可以降低催化劑表面形成*OOH的能壘,從而顯著提高了OER的性能。
該項工作證明了通過硒摻雜來調(diào)整Ru基氧化物的相組成和電子結(jié)構(gòu)以提高電催化活性的可行性,這為其他復(fù)合電催化劑的合理設(shè)計和合成以用于能源生產(chǎn)及其他領(lǐng)域提供了策略。
Ru/Se-RuO2 Composites via Controlled Selenization Strategy for Enhanced Acidic Oxygen Evolution. Advanced Functional Materials, 2022. DOI: 10.1002/adfm.202211102
7. ACS Catal.: Ru團簇和單原子載體的界面效應(yīng)提高催化劑的析氫反應(yīng)活性
催化頂刊集錦:Angew.、Nat. Catal.、AM、AFM、ACS Catal.、Small等
電化學(xué)水分解制氫技術(shù)能夠有效緩解全球能源危機和環(huán)境問題,已成為未來清潔能源技術(shù)的關(guān)鍵組成。高效、低成本的析氫反應(yīng)催化劑是可再生電能驅(qū)動水電解制氫快速發(fā)展的關(guān)鍵。鉑(Pt)基材料是最先進的電化學(xué)水分解催化劑,而其稀缺性和昂貴的價格限制了其大規(guī)模應(yīng)用。釕(Ru)基材料具有與鉑相似的物理和化學(xué)性質(zhì)以及高度可調(diào)的電子結(jié)構(gòu),因此它作為Pt基材料潛在的替代材料得到了廣泛的研究。
然而,釕的高內(nèi)聚能會導(dǎo)致催化過程中催化劑的不可逆團聚和結(jié)構(gòu)崩潰,Ru位上過強的H吸附強度也導(dǎo)致HER性能下降。目前一些研究表明,可以通過與基底的界面相互作用而得到有效調(diào)節(jié)金屬活性位點的電子結(jié)構(gòu)。因此,調(diào)控金屬-基質(zhì)界面的結(jié)合部分將從根本上解決Ru和其他過渡金屬基催化劑HER活性低的問題。
催化頂刊集錦:Angew.、Nat. Catal.、AM、AFM、ACS Catal.、Small等
催化頂刊集錦:Angew.、Nat. Catal.、AM、AFM、ACS Catal.、Small等
近日,電子科技大學(xué)晉兆宇、四川大學(xué)肖丹李盼盼等提出了一種鐵誘導(dǎo)功能化策略,以空位和氧配位單原子鐵位點(Fe-O4)修飾的碳納米管(CNT-V-Fe)作為載體負載Ru簇合物(CNT-V-Fe-Ru),其HER活性得到了大幅度提高。在酸性條件下,CNT-V-Fe-Ru在10 mA cmgeo-2電流密度下的過電位為64 mV;CNT-V-Fe-Ru還具有優(yōu)異的穩(wěn)定性,其在10 mA cmgeo-2電流密度下連續(xù)反應(yīng)20小時后結(jié)構(gòu)和組分沒有發(fā)生明顯變化。
催化頂刊集錦:Angew.、Nat. Catal.、AM、AFM、ACS Catal.、Small等
催化頂刊集錦:Angew.、Nat. Catal.、AM、AFM、ACS Catal.、Small等
實驗結(jié)果和理論計算進一步證明了富空位和鐵單原子中心的協(xié)同效應(yīng)使得CNT-V-Fe-Ru在Ru團簇和CNT-V-Fe載體界面之間獲得了最佳的結(jié)合能;并且其對Ru活性中心的H吸附強度進行了最大限度的優(yōu)化,使CNT-V-Fe-Ru顯示出較高的HER活性和持久的穩(wěn)定性??偟膩碚f,該項工作不僅有助于在原子水平上更深入地了解金屬-基底界面的相互作用機制,而且揭示了金屬單原子位點改性富缺陷載體在設(shè)計高效催化材料方面的潛在應(yīng)用前景。
Understanding the Atomic and Defective Interface Effect on Ruthenium Clusters for the Hydrogen Evolution Reaction. ACS Catalysis, 2022. DOI: 10.1021/acscatal.2c04586
8. Small: 超薄CoOx層協(xié)同Ni單原子,助力Ti:Fe2O3納米棒高效PEC水分解
催化頂刊集錦:Angew.、Nat. Catal.、AM、AFM、ACS Catal.、Small等
光電化學(xué)(PEC)水分解制氫作為一種將太陽能轉(zhuǎn)化為儲存在氫中的化學(xué)能的零排放技術(shù)受到越來越多的關(guān)注。半導(dǎo)體金屬氧化物因其優(yōu)異的穩(wěn)定性常常作為PEC水分解的光陽極。然而,半導(dǎo)體金屬氧化物的光生載流子壽命短、較短的載流子擴散距離和緩慢的水氧化動力學(xué),嚴重阻礙了PEC水分解的進一步發(fā)展。
基于此,西安交通大學(xué)沈少華課題組通過原子層沉積(ALD)和光沉積策略,成功在摻鈦α-Fe2O3(Ti:Fe2O3)納米棒上連續(xù)沉積超薄CoOx層和Ni單原子(Ti:Fe2O3/CoOx/Ni)。
催化頂刊集錦:Angew.、Nat. Catal.、AM、AFM、ACS Catal.、Small等
催化頂刊集錦:Angew.、Nat. Catal.、AM、AFM、ACS Catal.、Small等
采用超薄金屬氧化物覆蓋層和SAC協(xié)同修飾光電極,可以顯著減少表面光生電子-空穴復(fù)合,加速表面水氧化動力學(xué),從而提高PEC的水分解性能。具體而言,在模擬太陽輻照條件下,Ti:Fe2O3/CoOx/Ni光陽極的光電流密度由1.23 VRHE時的0.326 mA cm-2提高到1.05 mA cm-2。此外,Ti:Fe2O3/CoOx/Ni也表現(xiàn)出優(yōu)異的PEC穩(wěn)定性,其在10小時PEC反應(yīng)期間沒有發(fā)生明顯的光電流衰減。
催化頂刊集錦:Angew.、Nat. Catal.、AM、AFM、ACS Catal.、Small等
實驗結(jié)果和理論計算表明,超薄CoOx覆蓋層的表面鈍化作用減少了表面光生載流子的復(fù)合,Ni單原子的表面催化作用加速了水氧化反應(yīng)。由CoOx和Ni單原子協(xié)同作用引起的表面電子結(jié)構(gòu)的變化將降低OH*中間體的吸附能,進而降低OER決速步(OH*→O*)的能壘,有利于在Ti:Fe2O3/CoOx/Ni光陽極上PEC水分解反應(yīng)的進行。
總的來說,該項工作為Ti:Fe2O3基光電極的表面電化學(xué)和電子結(jié)構(gòu)改性提供了一種簡便有效的方法,這也適用于對其他半導(dǎo)體基光電極的修飾改性以實現(xiàn)高效太陽能-燃料轉(zhuǎn)化。
Synergy of Ultrathin CoOx Overlayer and Nickel Single Atoms on Hematite Nanorods for Efficient Photo-Electrochemical Water Splitting. Small, 2022. DOI: 10.1002/smll.202203838

原創(chuàng)文章,作者:v-suan,如若轉(zhuǎn)載,請注明來源華算科技,注明出處:http://www.xiubac.cn/index.php/2023/10/15/4035952041/

(0)

相關(guān)推薦

揭阳市| 灵石县| 西吉县| 共和县| 汝城县| 海安县| 桂林市| 简阳市| 蓝山县| 黄山市| 枣阳市| 大名县| 贡觉县| 洪湖市| 博乐市| 汕尾市| 曲周县| 滨州市| 福海县| 九江市| 禄丰县| 南城县| 尼木县| 呼玛县| 集安市| 茶陵县| 女性| 深州市| 定陶县| 汝州市| 枝江市| 汾阳市| 甘德县| 上虞市| 视频| 黄大仙区| 射洪县| 克拉玛依市| 林芝县| 台东县| 黎川县|