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

【DFT+實驗】戴啟洲/侯陽Nano Energy：缺電子釕團簇實現(xiàn)安培級電流密度析氫

氫氣(H₂)具有較高的能量密度和環(huán)境友好特性，被認為是替代化石燃料的合適能量載體。在各種析氫技術中，堿性條件下的電解水具有產物純度高、零碳排放等優(yōu)點，被認為是一種很有前景的析氫技術。值得注意的是，電催化劑在堿性電解質中的析氫反應(HER)性能強烈地依賴于水解離過程和隨后的氫結合過程。

為了克服堿性HER過程遲緩的動力學，合理設計堿性HER催化劑，優(yōu)化水解離和H吸附/脫附的能壘至關重要。作為鉑族元素的釕(Ru)具有較低的價格和快速H吸附的能力，是一種有潛力的HER催化劑。雖然Ru和H原子之間的強相互作用有利于H吸附，但過于強的Ru-H鍵反而阻礙了H脫附效率，導致催化劑在堿性介質中的HER性能不理想。

因此，考慮到H原子的吸附/脫附平衡對Ru基HER電催化劑的設計至關重要，浙江工業(yè)大學戴啟洲和浙江大學侯陽(共同通訊)等人在計算結果的指導下，制備了一種尺寸小于2 nm的三維Ru團簇催化劑，該團簇被固定在球形碳殼包裹的Ni顆粒(Ru/Ni@C)上。

為了研究Ru/Ni@C的電催化HER活性，本文采用典型的三電極體系，在飽和Ar的1.0 M KOH電解質中進行了電化學測試，并與Ni@C、商業(yè)Pt/C和Ru/C進行了對比。在10 mA cm^-2的電流密度下，Ni@C表現(xiàn)出較差的HER活性，其過電位高達231 mV。而商業(yè)Ru/C在10 mA cm^-2下表現(xiàn)出一定的HER活性，其過電位為71 mV。相反，Ru/Ni@C表現(xiàn)出十分出色的HER活性，降低了15 mV的過電位(10 mA cm^-2)，這表明Ru團簇和碳殼內的Ni NPs的強相互作用有助于Ru/Ni@C展現(xiàn)出優(yōu)異的催化活性。

值得注意的是，Ru/Ni@C的堿性HER活性甚至優(yōu)于商業(yè)Pt/C。對于和其他已經(jīng)報道的基于貴金屬的堿性HER電催化劑相比，Ru/Ni@C是最先進的HER催化劑之一?？紤]到Ru/Ni@C的工業(yè)應用，催化劑的電催化活性和在高電流密度下的穩(wěn)定性是至關重要的因素。令人滿意的是，達到1.0 A cm^-2的安培級電流密度，Ru/Ni@C只需要309 mV的低過電位，這比其他對比催化劑的過電位都要小得多，這表明Ru/Ni@C的HER活性較好。更加令人印象深刻的是，Ru/Ni@C只需要452和585 mV的低過電位，就可以實現(xiàn)2.0和3.0 A cm^-2的更高電流密度，這表明Ru/Ni@C在工業(yè)應用方面具有巨大的潛力。

為了更好地理解Ru/Ni@C中活躍的Ru團簇增強HER活性的潛在機制，本文進行了密度泛函理論計算。Bader電荷結果表明，在Ru/Ni@C中引入Ru團簇后，更多的電子被轉移出Ru團簇，而Ni NP則接收了這些電子，這意味著電荷在Ru團簇處發(fā)生了重新分布，促進了對Ru團簇活性的微妙調節(jié)。為了進一步闡明Ru/Ni@C中電子環(huán)境的改變，本文還計算了PDOSs。計算后發(fā)現(xiàn)，Ru/Ni@C和Ni@C的d帶中心相對于費米能級分別為-1.66 eV和-1.62 eV，這說明引入Ru團簇后，d帶中心離費米能級較遠。這種下降表明H中間體和活性位點之間的相互作用減弱，從而促進了氫氣從Ru/Ni@C表面的脫附。此外，Ni@C的水吸附能(ΔG_H2O)高達3.48 eV，這阻礙了水解離形成H中間體，進而導致了遲緩的HER動力學。

相反，Ru/Ni@C的ΔG_H2O下降到-1.07 eV，這表明引入的Ru團簇有效地斷裂HO-H鍵形成H中間體。此外，與Ni@C(2.82 eV)相比，Ru/Ni@C的H中間體結合自由能(ΔG_H*)為0.62 eV，更接近最優(yōu)值。因此，根據(jù)理論計算和原位測試結果可以合理地得出結論：Ru/Ni@C中的Ru團簇將電子轉移到碳殼內的Ni NPs，從而形成了缺電子的Ru位點，進而降低了水解離能壘，優(yōu)化了質子在Ru/Ni@C上的吸附，最終促進了整個堿性HER過程?？傊?，這項工作為合理設計具有強電子-金屬-載體相互作用的高活性團簇催化劑提供了一種有價值的策略。

Theory-guided Design of Electron-deficient Ruthenium Cluster for Ampere-level Current Density Electrochemical Hydrogen Evolution, Nano Energy, 2023, DOI: 10.1016/j.nanoen.2023.108694.

https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2023.108694.

原創(chuàng)文章，作者：計算搬磚工程師，如若轉載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2023/11/10/57d76f1d6d/

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

【DFT+實驗】戴啟洲/侯陽Nano Energy：缺電子釕團簇實現(xiàn)安培級電流密度析氫

相關推薦