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慕尼黑大學(xué)Angew.: 計(jì)算加實(shí)驗(yàn)：優(yōu)化Ru位點(diǎn)上的氫鍵以實(shí)現(xiàn)RuCo ANSs高效堿性HER

釕(Ru)基催化劑具有優(yōu)異的的性能和較低的成本，這導(dǎo)致其成為在堿性析氫反應(yīng)(HER)中替代鉑(Pt)的候選催化劑。然而，Ru位點(diǎn)處的氫結(jié)合(Ru-H)限制了釕(Ru)基催化劑的HER活性和實(shí)際應(yīng)用。

基于此，慕尼黑大學(xué)Emiliano Cortes團(tuán)隊(duì)通過(guò)快速共沉淀和電化學(xué)還原法制備了RuCo合金納米片(RuCo ANSs)，以探究Ru-H鍵中Ru和H之間的相互作用。

密度泛函理論(DFT)計(jì)算表明，Ru-H結(jié)合能的本質(zhì)是 Ru的4dz²軌道和H的1s軌道之間的強(qiáng)相互作用。同時(shí)，Ru位點(diǎn)和載體(Co和Ni)之間的電荷轉(zhuǎn)移導(dǎo)致Ru的4dz²帶中心的適當(dāng)向下移動(dòng)，導(dǎo)致RuCo體系中H*的吉布斯自由能為0.022 eV，與純Ru體系中的0.133 eV相比大大降低。

另外，結(jié)構(gòu)表征表明，Ru原子作為具有平面對(duì)稱和Z方向不對(duì)稱配位結(jié)構(gòu)的孤立活性位點(diǎn)嵌入Co襯底中，獲得了最佳的4dz²調(diào)控電子結(jié)構(gòu)。

更重要的是，氫傳感器和程序升溫脫附(TPD)測(cè)試表明，與純Ru納米粒子相比，RuCo ANS 中的Ru-H相互作用增強(qiáng)。

因此，在1 M KOH中，優(yōu)化的RuCo ANSs在10 mA cm^-2電流密度下具有10 mV的超低過(guò)電位，Tafel斜率為20.6 mV dec^-1，性能優(yōu)于商用Pt/C；RuCo ANSs在100 mV處的TOF為8.52 s^-1，遠(yuǎn)高于商用Ru/C。綜上，這項(xiàng)工作為通過(guò)優(yōu)化活性位點(diǎn)的金屬-H結(jié)合能來(lái)促進(jìn)堿性HER提供了新的見(jiàn)解，同時(shí)也推動(dòng)了與氫反應(yīng)相關(guān)的高效催化劑的發(fā)展。

Optimizing Hydrogen Binding on Ru Sites with RuCo Alloy Nanosheets for Efficient Alkaline Hydrogen Evolution. Angewandte Chemie International Edition, 2021. DOI: 10.1002/anie.202113664

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/2023/10/17/8ef4a881b6/

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