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

計算日報||頂刊集錦:JACS/Angew/AM/ACS Catal./Small等計算成果

1. J. Am. Chem. Soc.:Fe-N-C催化上ORR的決速步驟是什么?
計算日報||頂刊集錦:JACS/Angew/AM/ACS Catal./Small等計算成果
氧還原反應(yīng)(ORR)對于各種可再生能源技術(shù)至關(guān)重要。嵌入氮摻雜石墨烯中的單個鐵原子(Fe-N-C)是ORR的重要催化劑。然而,F(xiàn)e-N-C上ORR的決速步是未知的,這極大地阻礙了人們的理解和改進(jìn)。
基于此,德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校劉遠(yuǎn)越教授(通訊作者)等人報道了在恒定電極電勢下通過從頭算分子動力學(xué)(AIMD)模擬計算得出的所有步驟的活化能。
計算日報||頂刊集錦:JACS/Angew/AM/ACS Catal./Small等計算成果
AIMD模擬表明,在ORR之前,F(xiàn)e位點已經(jīng)被H2O分子占據(jù)。那么O2的吸附是如何發(fā)生的呢?研究發(fā)現(xiàn)O2的吸附與H2O的解吸同時發(fā)生。與氫化步驟限制反應(yīng)速率的普遍觀點相反,ORR反應(yīng)的決速步是O2取代Fe上預(yù)吸附的H2O。這是通過H2O解吸和O2吸附的協(xié)同運(yùn)動而發(fā)生的,而不會使Fe位點裸露。
計算日報||頂刊集錦:JACS/Angew/AM/ACS Catal./Small等計算成果
有趣的是,盡管這是一個明顯的“熱”過程,通常被認(rèn)為是與電勢無關(guān)的,但其勢壘會隨著電極電勢的降低而降低。這可以用較強(qiáng)的Fe-O2結(jié)合和較弱的Fe-H2O結(jié)合來解釋,是因為O2獲得電子,而H2O給催化劑提供電子。此研究為Fe-N-C上的ORR提供了新的見解,并強(qiáng)調(diào)了動力學(xué)研究在多相電化學(xué)中的重要性。
計算日報||頂刊集錦:JACS/Angew/AM/ACS Catal./Small等計算成果
What Is the Rate-Limiting Step of Oxygen Reduction Reaction on Fe-N-C Catalysts? J. Am. Chem. Soc., 2023, DOI: 10.1021/jacs.3c09193.
https://doi.org/10.1021/jacs.3c09193.
2. J. Am. Chem. Soc.:使用氨基硫醇配體-金屬界面增強(qiáng)CO2反應(yīng)捕獲和轉(zhuǎn)化
計算日報||頂刊集錦:JACS/Angew/AM/ACS Catal./Small等計算成果
有機(jī)配體修飾金屬催化劑是提高電催化二氧化碳(CO2)反應(yīng)捕獲和還原為增值燃料的活性和選擇性的一種新興催化劑設(shè)計。然而,由于缺乏關(guān)于這些配體-金屬界面在工作條件下如何與CO2和關(guān)鍵中間體相互作用的基礎(chǔ)科學(xué),導(dǎo)致了實驗設(shè)計的反復(fù)試驗方法。
基于此,美國馬薩諸塞大學(xué)洛厄爾分校車芳琳教授,Zhiyong Gu(共同通訊作者)等人借助密度泛函理論(DFT)計算對氨基硫醇涂層銅(Cu)催化劑上CO2還原為多碳產(chǎn)物的反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了全面的研究。
計算日報||頂刊集錦:JACS/Angew/AM/ACS Catal./Small等計算成果
計算結(jié)果表明,催化劑的還原性能與烷基鏈長、配體覆蓋度、配體構(gòu)型、Cu晶面等因素密切相關(guān)。平臥構(gòu)型在表面覆蓋率低時更有利,而直立式構(gòu)型在表面覆蓋率高時更有利。具有較長烷基鏈的氨基硫醇由于較長鏈的更多分子相互作用而更穩(wěn)定。
表面形成能計算表明,在電催化條件下,包覆表面配體提高了催化劑的穩(wěn)定性。氨基硫醇覆蓋范圍的增加導(dǎo)致氨基硫醇自發(fā)還原解吸成溶劑化物。因此,DFT預(yù)測最佳表面覆蓋度為≤1/4 ML。
計算日報||頂刊集錦:JACS/Angew/AM/ACS Catal./Small等計算成果
氨基硫醇配體-Cu界面顯著促進(jìn)了CO2的初始活化,并通過有機(jī)(N)和無機(jī)(Cu)界面活性位點降低了碳-碳偶聯(lián)的活化勢壘,提高了多碳產(chǎn)物的選擇性。實驗結(jié)果表明,在-1.16 VRHE條件下,多碳產(chǎn)物在氨基硫醇涂層Cu上的選擇性和局部電流密度分別是純Cu的1.5倍和2倍,與理論結(jié)果一致。
計算日報||頂刊集錦:JACS/Angew/AM/ACS Catal./Small等計算成果
Enhanced CO2 Reactive Capture and Conversion Using Aminothiolate Ligand-Metal Interface. J. Am. Chem. Soc., 2023, DOI: 10.1021/jacs.3c06888.
https://doi.org/10.1021/jacs.3c06888.
3. Angew. Chem. Int. Ed.:通過Cu活化Co電極上的NOx還原實現(xiàn)克級NH3電合成
計算日報||頂刊集錦:JACS/Angew/AM/ACS Catal./Small等計算成果
常壓電化學(xué)氨(NH3)合成是一種很有前途的替代能源密集型Haber-Bosch路線的方法。然而,電化學(xué)合成氨的安培電流密度或克級氨產(chǎn)率的工業(yè)需求仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)。
基于此,吉林大學(xué)鄢俊敏教授,石苗苗,中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所鐘海霞研究員(共同通訊作者)等人報道了在雙極膜(BPM)組裝電解槽中使用Cu活化Co電極,通過NO2還原高速率生產(chǎn)NH3,其中BPM維持離子平衡和電解質(zhì)的液位。
計算日報||頂刊集錦:JACS/Angew/AM/ACS Catal./Small等計算成果
理論計算表明,Cu優(yōu)化了NO2的吸附行為,并促進(jìn)了Co位點上的氫化步驟,使NO2快速還原。投影態(tài)密度(PDOS)圖表明,Co在費(fèi)米能級附近有較多的電子態(tài),表明*NO2在其表面有較強(qiáng)的化學(xué)吸附。Cu原子的引入使d帶中心左移,削弱了NO2在Co位點上的吸附,這有利于后續(xù)的加氫步驟。
計算日報||頂刊集錦:JACS/Angew/AM/ACS Catal./Small等計算成果
本文進(jìn)一步計算了NO2RR的吉布斯自由能(ΔG)分布。對于Co來說,電位決定步驟(PDS)是*NH到*NH2,其?G為2.84 eV,這是由于*H在Co原子上的強(qiáng)吸附限制了*NH的后續(xù)加氫,從而削弱了NO2RR的性能。
Cu的引入調(diào)節(jié)了Co位點的強(qiáng)吸附能,使PDS轉(zhuǎn)變?yōu)橛?NO到*NOH,CuCo和CuCo3O4的?GPDS分別為0.15和2.14 eV。在Cu摻雜后,相鄰的Co原子仍然能夠吸附足夠的*H,為N物種的有效加氫過程提供支持,并提高整體的電化學(xué)活性。
Gram-level NH3 Electrosynthesis via NOx reduction on Cu Activated Co Electrode. Angew. Chem. Int. Ed., 2023, DOI: 10.1002/anie.202315238.
https://doi.org/10.1002/anie.202315238.
4. Angew. Chem. Int. Ed.:缺陷誘導(dǎo)單原子錨定金屬有機(jī)骨架用于高效光催化氮還原
計算日報||頂刊集錦:JACS/Angew/AM/ACS Catal./Small等計算成果
近年來,光催化氮還原反應(yīng)(NRR)在氨合成中引起了廣泛的關(guān)注,它可以在常溫常壓下利用充足的太陽能和水將N2轉(zhuǎn)化為NH3(2N2+6H2O=4NH3+3O2),避免了以H2為原料和苛刻的反應(yīng)條件。然而,緩慢的N2吸附動力學(xué)嚴(yán)重阻礙了其光催化效率。
基于此,中國海洋大學(xué)孟祥超教授(通訊作者)等人報道了一種光化學(xué)方法來制備缺陷,并進(jìn)一步將Ru單原子沉積到UIO-66 (Zr)骨架上。
計算日報||頂刊集錦:JACS/Angew/AM/ACS Catal./Small等計算成果
本文通過共價鍵在Ru單原子與載體之間建立了電子-金屬-載體相互作用(EMSI)。EMSI能夠加速Ru單原子和UIO-66之間的電荷轉(zhuǎn)移,有利于高效光催化活性。在UIO-66上制備缺陷后,NH3的光催化產(chǎn)率從4.57 μmol g-1 h-1提高到16.28 μmol g-1 h-1,Ru單原子負(fù)載后進(jìn)一步提高到53.28 μmol g-1 h-1
計算日報||頂刊集錦:JACS/Angew/AM/ACS Catal./Small等計算成果
本文使用DFT計算研究了Ru1/d-UIO-66的EMSI效應(yīng),并進(jìn)一步闡明了Ru單原子錨定UIO-66對局域電子結(jié)構(gòu)和NRR路徑的影響。計算結(jié)果表明,Ru的d軌道電子被捐贈給N2的π*反鍵軌道,促進(jìn)了N≡N三鍵的活化。
在Ru/d-UIO-66催化劑的Ru位點上,遠(yuǎn)端機(jī)制比交替機(jī)制更有利,其中N2的第一個加氫步驟(*N2→*NNH)是該反應(yīng)的決速步。
Defects-Induced Single-Atom Anchoring on Metal-Organic Frameworks for High-Efficiency Photocatalytic Nitrogen Reduction. Angew. Chem. Int. Ed., 2023, DOI: 10.1002/anie.202314408.
https://doi.org/10.1002/anie.202314408.
5. Adv. Mater.:Pt-C4雙金屬M(fèi)OF衍生碳構(gòu)建具有超高功率密度和自變化能力的超級燃料電池
計算日報||頂刊集錦:JACS/Angew/AM/ACS Catal./Small等計算成果
追求高功率密度和低Pt催化劑負(fù)載量是開發(fā)高性能燃料電池(FC)的巨大挑戰(zhàn)。基于此,北京化工大學(xué)潘軍青教授(通訊作者)等人報道了一種新型的具有超高輸出功率的超級燃料電池(SFC),它是利用新制備的雙金屬M(fèi)OF衍生中空多孔碳納米棒(PtSA/HPCNR)上的單原子Pt催化劑,通過比雙電層電容(EDLC)+ORR平行放電實現(xiàn)的。
計算日報||頂刊集錦:JACS/Angew/AM/ACS Catal./Small等計算成果
電荷密度差圖表明,Pt-C4/G的藍(lán)色區(qū)域最為顯著,這表明固定在雙空位石墨烯基底上的Pt具有缺電子性質(zhì),證實了它的表面具有豐富的電子轉(zhuǎn)移,并促進(jìn)了在ORR過程中對中間物種的吸附。投影態(tài)密度(PDOS)圖表明,與原始的石墨烯相比,在Pt-Cx/G模型中,隨著碳缺陷的增加,Pt的d帶中心降低,導(dǎo)致在費(fèi)米能級附近有較高的態(tài)密度,從而增強(qiáng)了Pt原子與石墨烯的相互作用。
計算日報||頂刊集錦:JACS/Angew/AM/ACS Catal./Small等計算成果
本文進(jìn)一步計算了Pt-C2/G、Pt-C3/G和Pt-C4/G三種構(gòu)象下ORR 4e反應(yīng)路徑的自由能演化機(jī)制。在U=1.23 V的平衡電位下,Pt-C2/G、Pt-C3/G和Pt-C4/G的ORR過電位分別為1.29、1.46和0.31 V,決速步為OH*的脫附。
上述DFT計算結(jié)果證實了碳基材料結(jié)構(gòu)缺陷的擴(kuò)大和Pt原子的引入極大地改變了催化劑的電子結(jié)構(gòu),從而提高了催化劑的電催化活性。
Bimetallic-MOF Derived Carbon with Single Pt Anchored C4 Atomic Group Constructing Super Fuel Cell with Ultrahigh Power Density And Self-change Ability. Adv. Mater., 2023, DOI: 10.1002/adma.202308989.
https://doi.org/10.1002/adma.202308989.
6. ACS Catal.:揭示CeO2上NH3選擇性催化還原NO的完整機(jī)理
計算日報||頂刊集錦:JACS/Angew/AM/ACS Catal./Small等計算成果
CeO2基氧化物具有良好的氧化還原性能,在NH3選擇性催化還原(SCR)氮氧化物(NOx)(NH3SCR)反應(yīng)中具有潛在的應(yīng)用前景。盡管經(jīng)過數(shù)十年的研究,控制SCR活性的基本機(jī)理仍不清楚,并且快速SCR(Fast_SCR)和標(biāo)準(zhǔn)SCR(Std_SCR)在CeO2表面上的催化路徑仍存在爭議。了解完整的SCR反應(yīng)機(jī)理對于設(shè)計和合成高效的SCR催化劑至關(guān)重要。
基于此,北京大學(xué)許審鎮(zhèn)研究員(通訊作者)等人報道了CeO2上NH3-SCR的完整機(jī)理。
計算日報||頂刊集錦:JACS/Angew/AM/ACS Catal./Small等計算成果
研究發(fā)現(xiàn),Std_SCR和Fast_SCR機(jī)理具有相同的NO還原路徑,但經(jīng)歷了兩個不同的吸附氫(H*)的去除過程。在NO還原反應(yīng)中,NH3在[O*+Ovac]偶聯(lián)物種的催化下分解為NH2*和H*,然后NH2*與NO結(jié)合生成NH2NO活性中間體,該中間體進(jìn)一步解離為N2和H2O。在Fast_SCR脫氫過程中,NO2與H*和*NH3反應(yīng)生成H2O和NH2NO。對于Std_SCR,O物種被消耗以完成H*的去除。
計算日報||頂刊集錦:JACS/Angew/AM/ACS Catal./Small等計算成果
在實際的SCR反應(yīng)過程中,也會涉及NO氧化為NO2的過程。因此,Std_SCR和Fast_SCR路徑經(jīng)常同時存在,它們的相對比例取決于NO活化到NO2的比例。另一個重要發(fā)現(xiàn)是,無論是Std_SCR機(jī)理還是Fast_SCR機(jī)理,催化劑物種O*在NH3分解過程中都起著重要作用。
因此,通過摻雜或表面工程策略來提高CeO2基催化劑中的O*活性將極大地提高催化劑的性能。
計算日報||頂刊集錦:JACS/Angew/AM/ACS Catal./Small等計算成果
Unraveling the Complete Mechanism of the NH3-Selective Catalytic Reduction of NO over CeO2. ACS Catal., 2023, DOI: 10.1021/acscatal.3c04490.
https://doi.org/10.1021/acscatal.3c04490.
7. Small:La(OH)3改性Cu催化劑上具有高C2+選擇性的安培級電流密度CO2還原
計算日報||頂刊集錦:JACS/Angew/AM/ACS Catal./Small等計算成果
由電力驅(qū)動的二氧化碳還原反應(yīng)(CO2RR)可以將CO2轉(zhuǎn)化為高價值的多碳(C2+)產(chǎn)物。銅(Cu)基催化劑效率高,但在高電流密度下C2+選擇性低。
基于此,清華大學(xué)劉碧錄教授,余強(qiáng)敏副研究員(共同通訊作者)等人在Cu催化劑中引入La(OH)3對其電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行修飾,使其在安培級電流密度下有效地轉(zhuǎn)化為C2+產(chǎn)物。在電流密度為1000 mA cm-2時,La(OH)3/Cu催化劑的C2+法拉第效率(FEC2+)為71.2%,是純Cu催化劑的2.2倍,并保持了8h的穩(wěn)定性。
計算日報||頂刊集錦:JACS/Angew/AM/ACS Catal./Small等計算成果
本文采用DFT方法研究了La(OH)3/Cu和純Cu催化劑對C2+產(chǎn)物生成的影響,其中*CO活化和隨后的C-C偶聯(lián)對于CO2RR中C2+產(chǎn)物的形成是非常重要的。
首先,電荷密度差分圖和Bader電荷分析證實了CO在La(OH)3/Cu催化劑上的吸附增加。La(OH)3改變了鄰近Cu位點對*CO的親和力,這是因為La(OH)3/Cu中的Cu向*CO轉(zhuǎn)移的電子數(shù)(0.51 e)比純Cu(0.26 e)多。
計算日報||頂刊集錦:JACS/Angew/AM/ACS Catal./Small等計算成果
*CO在表面吸附后,*CO氫化形成*COH,隨后*CO-*COH偶聯(lián)形成*OCCOH。La(OH)3/Cu和純Cu的決速步(RDS,*CO+*CO→*CO+*COH)勢壘分別為0.54和1.15 eV。這些結(jié)果表明,La(OH)3修飾改變了Cu催化劑上的電子分布,促進(jìn)了*CO吸附、后續(xù)加氫、*CO-*COH偶聯(lián),從而提高了C2+的選擇性。
Ampere-Level Current Density CO2 Reduction with High C2+ Selectivity on La(OH)3-Modified Cu Catalysts. Samll, 2023, DOI: 10.1002/smll.202308226.
https://doi.org/10.1002/smll.202308226.
8. Small:Fe-N4修飾的Pt納米顆粒用于甲醇氧化和氧還原反應(yīng)
計算日報||頂刊集錦:JACS/Angew/AM/ACS Catal./Small等計算成果
用單原子修飾鉑(Pt)提供了一種有前途的方法來調(diào)整其催化活性?;诖耍?strong>中國石油大學(xué)陳艷麗教授(通訊作者)等人報道了一種創(chuàng)新的輔助活性位點(AAS)策略,構(gòu)建了高負(fù)載(3.46wt.%)單一Fe-N4作為AAS,并進(jìn)一步與小Pt納米顆粒雜化,以增強(qiáng)氧還原反應(yīng)(ORR)和甲醇氧化反應(yīng)(MOR)的活性。
計算日報||頂刊集錦:JACS/Angew/AM/ACS Catal./Small等計算成果
對于ORR,Pt/HFeSA-HCS在0.90 V下表現(xiàn)出較高的質(zhì)量活性(MA)(0.98 A mgPt-1)和比活性(SA)(1.39 mA cmPt-2),20000次循環(huán)后MA(3.0%)和SA(2.2%)的降解最小。對于MOR,Pt/HFeSA-HCS在峰值處表現(xiàn)出異常的MA(3.21 A mgPt-1)和SA(4.27 mA cmPt-2),分別是商業(yè)Pt/C的15.3倍和11.5倍。
計算日報||頂刊集錦:JACS/Angew/AM/ACS Catal./Small等計算成果
理論計算表明,摻入Fe-N4位點作為Pt納米顆粒的AAS不僅可以通過促進(jìn)Pt納米顆粒上的CO轉(zhuǎn)化為CO2來提高M(jìn)OR效率,而且還可以通過促進(jìn)*OH在Pt納米顆粒上的脫附來促進(jìn)ORR過程,從而使Pt/HFeSA-HCS對ORR和MOR都具有優(yōu)異的催化性能。
總體而言,本文為設(shè)計用于ORR和MOR的Pt基雙功能催化劑提供了一條新的途徑,為單原子和Pt基復(fù)合電催化劑的未來研究提供了廣闊的前景。
Enhanced Activity of Small Pt Nanoparticles Decorated with High-Loading Single Fe-N4 for Methanol Oxidation and Oxygen Reduction via the Assistive Active Sites Strategy. Samll, 2023, DOI: 10.1002/smll.202308473.
https://doi.org/10.1002/smll.202308473.

原創(chuàng)文章,作者:wdl,如若轉(zhuǎn)載,請注明來源華算科技,注明出處:http://www.xiubac.cn/index.php/2023/12/26/9628269859/

(0)

相關(guān)推薦

白水县| 潼关县| 南昌县| 聊城市| 邻水| 阳高县| 天气| 浪卡子县| 大渡口区| 海原县| 吉隆县| 尚志市| 和静县| 苏尼特左旗| 淄博市| 通榆县| 定州市| 南昌市| 贵港市| 仁怀市| 大港区| 克什克腾旗| 武平县| 资源县| 太原市| 吉林省| 上饶县| 永新县| 天门市| 黑山县| 若尔盖县| 施秉县| 五华县| 永嘉县| 太谷县| 巫山县| 鄂托克旗| 东台市| 六盘水市| 新竹市| 凤城市|