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

首發(fā)Science，破天荒ORR質(zhì)量活性

在質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)中，由于氧還原反應(yīng)(ORR)動(dòng)力學(xué)十分緩慢，需要使用昂貴且高負(fù)載量的Pt催化劑來(lái)加速化學(xué)反應(yīng)。以盡可能少的Pt用量來(lái)實(shí)現(xiàn)高催化性能是降低燃料電池成本的關(guān)鍵。

殺瘋了！原一作+原通訊再出發(fā)，兩篇Science創(chuàng)記錄！

阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室Liu Di-Jia等人以金屬有機(jī)框架為前驅(qū)體/載體，來(lái)制備高活性且穩(wěn)定的含有超低Pt負(fù)載量的電催化劑。該催化劑中含有多種活性中心，如單原子Co位點(diǎn)、碳包覆Co納米顆粒與PtCo核殼納米顆粒。

將催化劑應(yīng)用于膜電極上，由于多活性位點(diǎn)之間的協(xié)同催化作用，使得燃料電池在高電壓和大電流區(qū)域中均具有優(yōu)異的性能。

DFT計(jì)算表明，PtCo合金不僅可以直接催化ORR，還可以促進(jìn)附近非貴金屬位點(diǎn)產(chǎn)生的H₂O₂的還原，從而提高了其利用效率，從而導(dǎo)致催化劑活性提高。由于已知H₂O₂會(huì)腐蝕非貴金屬活性位點(diǎn)和多孔碳，引入PtCo合金來(lái)分解H₂O₂也有助于保持催化劑的完整性和耐久性。

相關(guān)工作以《Ultralow-loading platinum-cobalt fuel cell catalysts derived?from?imidazolate frameworks》為題在《Science》上發(fā)表論文。從2018年發(fā)表到至今，被引次數(shù)超過(guò)560！

最新成果介紹

質(zhì)子交換膜水電解槽(PEMWE)可以實(shí)現(xiàn)氫氣的快速綠色制取。使用地球上元素儲(chǔ)量豐富的電催化劑來(lái)取代Ir基析氧反應(yīng)(OER)催化劑的使用，是降低綠色制氫成本的關(guān)鍵一步。

阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室Liu Di-Jia等人報(bào)道了一種的納米纖維狀的、鑭(La)和錳(Mn)共摻雜的尖晶石催化劑。該OER催化劑在電流密度為10 mA/cm²時(shí)具有353 mV的低過(guò)電位，并且在酸性電解質(zhì)中連續(xù)運(yùn)行360小時(shí)，該OER催化劑顯示出超強(qiáng)的耐久性。當(dāng)催化劑應(yīng)用于PEMWE陽(yáng)極時(shí)，在2.47 V時(shí)電解電流密度可以達(dá)到2000 mA/cm² (Nafion 115膜)，在3 V下電解電流密度可以達(dá)到4000 mA/cm²(Nafion 212膜)，并且具有優(yōu)異的運(yùn)行穩(wěn)定性。

相關(guān)工作以《La- and Mn-doped cobalt spinel oxygen evolution catalyst for proton exchange membrane electrolysis》為題在《Science》上發(fā)表論文。

圖文導(dǎo)讀

圖1. LMCF的合成、形態(tài)和結(jié)構(gòu)

作者提出了一種由Co-ZIF衍生的鈷基尖晶石OER催化劑，并采用靜電紡絲法進(jìn)行加工。該催化劑具有高比表面積、多孔互聯(lián)納米網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和高導(dǎo)電性，且具有優(yōu)異的OER活性。

之所以選擇Co-ZIF作為催化劑制備的前驅(qū)體，是因?yàn)樗哂懈叩谋菊骺紫堵屎途W(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。且Co-ZIF也可被用于制備具有優(yōu)異OER活性的納米板氧化物。通過(guò)低溫空氣氧化，Co-ZIFs轉(zhuǎn)化為相互連接的空心金屬氧化物顆粒后，制備的催化劑保留了原有的一些孔隙度和形態(tài)，為增強(qiáng)電荷傳遞和傳質(zhì)提供了良好的平臺(tái)。

選擇鑭(La³⁺)作為摻雜元素，這與它的半徑比Co²⁺大得多(1.06 ? Vs. 0.72 ?)，并且它是一種親氧元素，能夠增強(qiáng)尖晶石對(duì)-OH基團(tuán)的親和力。還在Co-ZIF合成過(guò)程中加入了與Co²⁺半徑相似的錳離子(Mn²⁺)，在氧化轉(zhuǎn)化過(guò)程中被氧化成Mn³⁺，并均勻分布在鈷尖晶石晶格內(nèi)，以提高電導(dǎo)率和OER活性。

圖2. XAS研究

Co的K邊XANES光譜顯示，LMCF與Co₃O₄具有非常相似的光譜模式，吸收能量略有紅移，白線(WL)強(qiáng)度下降(圖2A)，表明LMCF中鈷的平均氧化態(tài)較低，O配位數(shù)(CN)較小。此外，作者還觀察到一個(gè)增強(qiáng)的1s→3d躍遷峰強(qiáng)度，這表明LMCF中的鈷比Co₃O₄中的鈷處于更少的中心對(duì)稱配位環(huán)境，這與Co氧化物晶格中產(chǎn)生了V_o有關(guān)。與Co₃O₄相比，LMCF的EXAFS譜圖表現(xiàn)出更低的峰值強(qiáng)度和Co-O和Co-Co殼層對(duì)應(yīng)的CNs。

Mn的K邊XANES譜圖表明錳的平均氧化態(tài)在+3~+4之間(圖2B)。最明顯的是，Co₃O₄中Co-O和Co-Co(oh)的第一和第二殼層半徑和CNs接近，表明Mn在邊緣共享八面體位置取代了Co³⁺，并嵌入在LMCF中的鈷氧化物中，與HAADF-STEM表征結(jié)果一致。

LMCF中La的XANES光譜顯示出明顯高于La₂O₃參考物的WL強(qiáng)度(圖2C)?？紤]到氧化物的WL強(qiáng)度通常與配位氧的數(shù)量成正比，R空間擬合確定LMCF中La-O的CN為8.3，介于氧化鑭(CN=6)和氫氧化鑭(CN=9)之間。

圖3. LMCF的電催化性能

首先在0.1 M HClO4電解質(zhì)中，采用RDE方法評(píng)估催化劑的OER催化活性。圖3A顯示，通過(guò)在CF中添加Mn和La，圖3A的CV曲線顯示OER活性逐漸提高。LMCF的性能也顯著超過(guò)商用Co₃O₄，接近銥黑催化劑。圖3B給出了Tafel圖，其再次表明LMCF具有較高的本征催化活性。在過(guò)電位為370 mV時(shí)，LMCF催化劑的質(zhì)量活性為126±20 A g^-1，高于商用銥黑催化劑。

在0.1 M HClO₄電解液中，通過(guò)RDE在1.4 V ~ 2.0 V之間進(jìn)行電壓循環(huán)，對(duì)LMCF進(jìn)行加速老化試驗(yàn)。經(jīng)14000圈CV循環(huán)后，在10 mA cm^-2下，僅觀察到LMCF有~20 mV的電位損失(圖3C)。在同等催化劑載量下，這種穩(wěn)定性優(yōu)于商用Co₃O₄或銥黑催化劑。進(jìn)一步測(cè)試了LMCF的恒電流電解穩(wěn)定性，將電極電流密度保持在10 mA cm^-2，如圖3D所示，在353小時(shí)內(nèi)監(jiān)測(cè)了酸性電解液中電極電位的變化，觀察到電極電位以平均每小時(shí)增加0.28 mV的速度緩慢變化。

圖4. LMCF的Pourbaix圖和費(fèi)米能帶結(jié)構(gòu)

實(shí)驗(yàn)觀察到的LMCF中的原子和電子構(gòu)型與DFT的計(jì)算結(jié)果吻合得很好。例如，計(jì)算表明，就總能量而言，Mn和La都優(yōu)先取代Co在八面體而不是四面體的位置，穩(wěn)定性差異分別為0.25 eV和1.28 eV。這與上面由于Mn和La摻雜而增加的Co²⁺百分比的XAS觀察一致。La以最穩(wěn)定的+3氧化態(tài)的形式存在，而Mn可以以+2或+3狀態(tài)存在。

計(jì)算表明，Mn優(yōu)先留在Co₃O₄體相中，而La由于其大尺寸而被擠壓到表面。對(duì)于Mn，其表層結(jié)構(gòu)僅比體相結(jié)構(gòu)高0.1 eV，這表明它可以在系統(tǒng)中的任何位置取代Co。對(duì)于La，表面的能量比體中的能量低3.09 eV。這與STEM測(cè)量的Mn和La分布非常吻合，從而證實(shí)了它們作為摻雜劑在增強(qiáng)氧化物電導(dǎo)率和表面缺陷或氧空位方面的作用。

文獻(xiàn)信息

La- and Mn-doped cobalt spinel oxygen evolution catalyst for proton exchange membrane electrolysis，Science，2023.

https://www.science.org/doi/10.1126/science.ade1499

原創(chuàng)文章，作者：Gloria，如若轉(zhuǎn)載，請(qǐng)注明來(lái)源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2023/10/06/8a7d6bb7b8/

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

殺瘋了！原一作+原通訊再出發(fā)，兩篇Science創(chuàng)記錄！

相關(guān)推薦

殺瘋了！原一作+原通訊再出發(fā)，兩篇Science創(chuàng)記錄！