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電催化還原一氧化氮（NO）不僅為生成NH₃提供了一種極有前景的策略，而且還緩解了人為破壞的氮循環(huán)平衡。然而，探索有效的電催化劑來提高NO的電還原性能仍是一個重大的挑戰(zhàn)?；诖?，湖南大學(xué)王雙印教授和陳晨副教授、加拿大多倫多大學(xué)Chandra Veer Singh（共同通訊作者）等人報道了一種六邊形緊密堆積的Co納米片（hcp-Co），其NH₃產(chǎn)率高達(dá)439.50 μmol cm^-2 h^-1，法拉第效率（FE）高達(dá)72.58%，優(yōu)于面心立方相的Co納米片（fcc-Co）和大多數(shù)已報道的電催化劑。此外，組裝了以hcp-Co為正極的Zn-NO電池，其功率密度為4.66 mW cm^-2，優(yōu)于目前已報道的性能。

通過DFT計算，作者研究了hcp-Co上高效NORR性能的機理。對比了hcp-Co和fcc-Co的幾何結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，hcp-Co和fcc-Co的Co排列分別是?ABAB?和?ABCABC?，導(dǎo)致它們的電子結(jié)構(gòu)有很小的差異。在費米能級（EF）附近，hcp-Co發(fā)現(xiàn)了更多的上自旋富電子特征，為NORR提供了一個深的電子池。同時，hcp-Co在EF處表現(xiàn)出較高的下旋電子活性，有利于激活NO分子。

作者還研究了hcp-Co上NORR過程與相應(yīng)反應(yīng)中間體的反應(yīng)自由能分布，對比HNO*，NO的第一質(zhì)子化更有利于形成NOH*，這是NORR在hcp-Co上的電位決定步驟（PDS）。第二個質(zhì)子與NOH*反應(yīng)生成N*和ΔG為-1.47 eV的H₂O，而不是HNOH*。最后，將發(fā)生三個連續(xù)的質(zhì)子化過程，直到形成NH₃。對比fcc-Co（-0.67 eV），hcp-Co中的質(zhì)子擴散具有非常有利的能量，ΔG為-0.80 eV，表明hcp-Co中有更多的質(zhì)子源用于NO的質(zhì)子化。

Hexagonal Cobalt Nanosheets for High-Performance Electrocatalytic NO Reduction to NH₃. J. Am. Chem. Soc., 2023, DOI: 10.1021/jacs.3c00276.

https://doi.org/10.1021/jacs.3c00276.

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王雙印/陳晨等JACS?：hcp-Co高效電催化NO還原制NH3

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