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

論文標(biāo)題：Origin of the superior oxygen reduction activity of zirconium nitride in alkaline media

作者：李昊教授團(tuán)隊(duì)（日本東北大學(xué)，材料科學(xué)高等研究所，WPI-AIMR）

DOI：https://doi.org/10.1039/D3SC01827J

【純計算】李昊團(tuán)隊(duì)Chem. Sci.：為何有的氮化物能表現(xiàn)出優(yōu)異的堿性O(shè)RR性能？

在氫燃料電池應(yīng)用中，尋找非貴金屬催化劑作為氧還原反應(yīng)（ORR）材料是過去二十多年久經(jīng)不衰的研究熱點(diǎn)。在2021年，日本東北大學(xué)李昊教授曾以第一作者身份在Nature Catalysis發(fā)表題為“Analysis of the Limitations in the Oxygen Reduction Activity of Transition Metal Oxide Surfaces”的理論研究工作（https://doi.org/10.1038/s41929-021-00618-w）。通過理論建模發(fā)現(xiàn)了氧化物在ORR上存在兩大瓶頸：1）多數(shù)氧化物在ORR電位及對應(yīng)的覆蓋度下，只能在金屬頂點(diǎn)位置吸附反應(yīng)氧，形成較弱的金屬-O鍵，使得O-O鍵活化困難；2）由于在金屬頂點(diǎn)處吸附反應(yīng)氧，其吸附引起的偶極矩較大，使其在酸性條件下吸附O及活化O-O鍵的能力更弱。該理論工作與過去絕大多數(shù)氧化物-ORR文獻(xiàn)結(jié)論高度一致；如：加州理工John M. Gregoire課題組曾用高通量實(shí)驗(yàn)測試了近7800組不同的氧化物的堿性O(shè)RR性能，發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)氧化物與貴金屬Pt的活性存在較大差距。

有趣的是，與氧化物不同，有些金屬X化物（如：氮化物）在堿性O(shè)RR條件下具備較高的活性及穩(wěn)定性。比如，中科院團(tuán)隊(duì)于2020年在Nature Materials發(fā)表題為“Zirconium Nitride Catalysts Surpass Platinum for Oxygen Reduction”（https://doi.org/10.1038/s41563-019-0535-9）的開創(chuàng)性實(shí)驗(yàn)工作，發(fā)現(xiàn)ZrN是一個在堿性O(shè)RR上具有極其優(yōu)異性能的催化劑。該工作開拓了金屬氮化物在堿性O(shè)RR上的可能。

成果簡介

近日，日本東北大學(xué)李昊教授團(tuán)隊(duì)結(jié)合電催化表面態(tài)分析、DFT計算、電場-pH耦合下的微觀動力學(xué)建模，成功推導(dǎo)出了ZrN等金屬氮化物在堿性O(shè)RR條件下的催化活性火山模型，解釋了ZrN在堿性O(shè)RR條件下的活性起源。其工作核心在于：1）ZrN表面在ORR電位下會發(fā)生自氧化，從而被HO所覆蓋（圖1）（該現(xiàn)象也與過去一些催化后的實(shí)驗(yàn)表征所一致）；2）由于ORR反應(yīng)物會被“埋沒在”HO群中，其吸附能力和吸附引起的偶極矩都會顯著降低，變得有利于ORR發(fā)生（圖2a-b）。最終，通過pH-電場耦合的微觀動力學(xué)建模，該工作發(fā)現(xiàn)ZrN在堿性條件下的活性能達(dá)到理論最大值（圖2c）。所模擬出來的電流密度曲線趨勢也與實(shí)驗(yàn)相吻合（圖2d）。該工作說明了在分析活性之前，通過表面Pourbaix相圖等方法分析電化學(xué)表面態(tài)是非常重要的。

作者發(fā)現(xiàn)，雖然金屬氮化物與金屬氧化物擁有相對接近的初始表面結(jié)構(gòu)，由于氮化物往往擁有更高的表面反應(yīng)性，其在ORR電位下發(fā)生的自氧化會使得一些氮化物在堿性條件下成為一類性能優(yōu)異的ORR催化劑。這也揭示了一些金屬氮化物可能具備比氧化物更好的ORR應(yīng)用前景。

圖1. 對ZrN表面進(jìn)行表面Pourbiax相圖分析，發(fā)現(xiàn)在ORR電位下存在的自氧化現(xiàn)象。

圖2. 對自氧化后的ZrN表面及純的ZrN表面分別進(jìn)行電場分析，并推導(dǎo)出pH相關(guān)的微觀動力學(xué)火山模型及理論ORR極化曲線。

最后，基于該工作，作者設(shè)計了一個探尋金屬X化物ORR活性的理論分析框架及流程（圖3）。通過該框架下作分析，作者發(fā)現(xiàn)在其他金屬氮化物體系（如：TiN和HfN等）也能得到與過去實(shí)驗(yàn)相一致的結(jié)果。

圖3. 作者建議的分析金屬X化物的ORR活性時可參考的流程。

原創(chuàng)文章，作者：計算搬磚工程師，如若轉(zhuǎn)載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2023/12/01/b427304260/

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

【純計算】李昊團(tuán)隊(duì)Chem. Sci.：為何有的氮化物能表現(xiàn)出優(yōu)異的堿性O(shè)RR性能？

相關(guān)推薦

【純計算】李昊團(tuán)隊(duì)Chem. Sci.：為何有的氮化物能表現(xiàn)出優(yōu)異的堿性O(shè)RR性能？