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

?他，中科院院士，2020年全職回國(guó)加盟西湖大學(xué)，發(fā)表最新Angew！

成果簡(jiǎn)介

陰離子交換膜水電解（anion exchange membrane water electrolysis, AEM-WE）被廣泛認(rèn)為是下一代綠色制氫技術(shù)，其中陰離子交換膜的氫氧根離子（OH^–）電導(dǎo)率在該裝置的實(shí)際實(shí)施中起著關(guān)鍵作用。基于此，西湖大學(xué)孫立成院士團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一系列具有二苯并噻吩基團(tuán)的Z-S-x，作為AEM膜。二苯并噻吩的S原子有兩個(gè)孤對(duì)電子，有利于氫鍵網(wǎng)絡(luò)的形成。不同于具有類似化學(xué)結(jié)構(gòu)的聚合物（FTP-x和QPCTP-x），由于S增強(qiáng)的氫鍵網(wǎng)絡(luò)，Z-S-x具有顯著增加的吸水性。導(dǎo)致Grotthuss機(jī)制增強(qiáng)，Grotthuss區(qū)域變寬，有利于OH^–傳導(dǎo)率升高。

此外，二苯并噻吩和胡椒鎓鹽之間的離子偶極相互作用，使得S增強(qiáng)的氫鍵網(wǎng)絡(luò)和表面躍遷區(qū)域更接近，形成連續(xù)的OH^–傳導(dǎo)高速通道。在無(wú)-PGM的OER/HER催化劑下，Z-S-20的OH^–電導(dǎo)率為182±28 mS cm^-1，在2.0 V下的AEM-WE性能為7.12 A cm^-2，在2 A cm^-2、40 °C下的耐久時(shí)間為650 h，電池電壓提高0.65 mV/h。

相關(guān)工作以《Poly(Dibenzothiophene-Terphenyl Piperidinium) for High-performance Anion Exchange Membrane Water Electrolysis》為題在《Angewandte Chemie International Edition》上發(fā)表論文。其中，孫立成，中國(guó)科學(xué)院院士，歐洲化學(xué)會(huì)會(huì)士，英國(guó)化學(xué)會(huì)會(huì)士，人工光合作用領(lǐng)域?qū)＜摇?strong>2020年3月全職回國(guó)加盟西湖大學(xué)講席教授。長(zhǎng)期從事太陽(yáng)能燃料與太陽(yáng)能電池科學(xué)前沿領(lǐng)域應(yīng)用基礎(chǔ)研究，在人工光合作用關(guān)鍵科學(xué)問題既高效水氧化催化劑設(shè)計(jì)合成、氧-氧鍵形成機(jī)理、光解水制氫功能器件設(shè)計(jì)、光電催化二氧化碳/氮?dú)膺€原、新型鈣鈦礦太陽(yáng)能電池空穴傳輸材料設(shè)計(jì)與制備等領(lǐng)域具有深厚研究基礎(chǔ)。

本文第一作者是西湖大學(xué)：Wentao Zheng、Lanlan He、Tang Tang。

圖1. OH^–傳導(dǎo)機(jī)制

圖2. PAP-TP-100、PFTP-x、QPCTP-x、Z-S-x的化學(xué)結(jié)構(gòu)

圖文解讀

作者合成了一系列以二苯并噻吩為組成單體的Z-S-x聚合物。對(duì)比PAP-TP-100，Z-S-x表現(xiàn)出OH^–電導(dǎo)率的顯著增強(qiáng)。在80 °C下，Z-S-20 （182 mS cm^-1）的性能比PAP-TP-100（108 mS cm^-1）高出69%。結(jié)果表明，加入二苯并噻吩可有效提高OH^–電導(dǎo)率。PFTP-26具有與Z-S-20相似的化學(xué)結(jié)構(gòu)和IEC。正電子湮滅壽命譜（PALS）結(jié)果證明，Z-S-20和PFTP-26相似的孔隙度。在較低的溫度下，PFTP-26的表現(xiàn)不如Z-S-20，表明Z-S-20中存在有效的OH^–傳導(dǎo)途徑。需注意，Z-S-x的吸水率（WU）異常高，在室溫下超過100%。其中，ZS-20的WU高達(dá)139%，是PAPTP-100（30%）的4.6倍。

圖3.二苯并噻吩增強(qiáng)氫鍵網(wǎng)絡(luò)

圖4.常規(guī)氫鍵（CHB）和短-強(qiáng)氫鍵（SHB）示意圖及FTIR光譜

通過密度泛函理論（DFT）計(jì)算發(fā)現(xiàn)，Grotthuss途徑的自由能勢(shì)壘為19.48 kJ/mol，產(chǎn)物與反應(yīng)物之間的Gibbs自由能差為-36.27 kJ/mol，證明了氫鍵網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部質(zhì)子轉(zhuǎn)移通過Grotthuss機(jī)制實(shí)現(xiàn)OH^–傳導(dǎo)的可行性。此外，Grotthuss機(jī)制的反應(yīng)物、過渡態(tài)和產(chǎn)物的d_OO分別在2.59、2.41~2.51和2.57~2.73 ?范圍內(nèi)，滿足SHB對(duì)OH^–離子連續(xù)轉(zhuǎn)移的要求。結(jié)果表明，Grotthuss途徑在S增強(qiáng)的氫鍵網(wǎng)絡(luò)中充分存在并有效地傳輸OH^–離子。這些S增強(qiáng)氫鍵網(wǎng)絡(luò)就像橋梁一樣，連接周圍的表面躍遷區(qū)域，形成連續(xù)的OH^–傳導(dǎo)高速通道，即橋接策略。

圖5.模擬的S增強(qiáng)氫鍵網(wǎng)絡(luò)

圖6.橋接策略構(gòu)建的OH^–傳導(dǎo)高速通道示意圖

根據(jù)AEMs的¹H ssNMR譜發(fā)現(xiàn)，對(duì)比PAP-TP-100，Z-S-15在5 ppm左右的峰值表現(xiàn)出明顯的上升，表明哌啶的N⁺電子云分布發(fā)生了變化。這種變化歸因于離子-偶極子與二苯并噻吩的相互作用，離子-偶極相互作用將使N⁺基團(tuán)更靠近S原子。通過分析徑向分布函數(shù)g_S-N(r)發(fā)現(xiàn)，二苯并噻吩的S原子周圍分布著哌替啶的N⁺基團(tuán)。從MD模擬發(fā)現(xiàn)，同一聚合物鏈中相鄰S和N原子之間的距離為8到9 ??？傊?，Z-S-x中由于離子偶極子相互作用的存在，Grotthuss區(qū)中心與躍遷區(qū)中心之間的距離更近，有效地促進(jìn)了兩個(gè)區(qū)域之間的連接。

圖7.離子-偶極相互作用與形貌

圖8.膜的相關(guān)性能

當(dāng)電解液為1 M KOH水溶液時(shí)，在25 °C、1.8 V電壓下可獲得1.04 A cm^-2的高電流密度，同時(shí)該器件具有0.060 Ω的低歐姆電阻。當(dāng)工作溫度升高時(shí)，器件性能得到顯著改善，在1.8 V、80 °C時(shí)電流密度達(dá)到3.95 A cm^-2，同時(shí)歐姆電阻更低（0.032 Ω）。基于Z-S-20的AEM-WE器件在1.8 V下具有3.95 A cm^-2的電流密度，優(yōu)于所有其他無(wú)-PGM的AEM-WE器件。當(dāng)電池電壓增加到2.0 V時(shí)，基于Z-S-20的器件可達(dá)到7.12 A cm^-2的電流密度，超過了市售PGM-基器件的性能。在整個(gè)650 h的耐久性測(cè)試中，電池電壓呈現(xiàn)出0.65 mV h^-1的適度增長(zhǎng)率，表明Z-S-20具有出色的耐久性及其實(shí)際應(yīng)用潛力。

圖9. Z-S-20基電池的性能

作者采用無(wú)水陰極法代替常規(guī)方法，測(cè)試Z-S-20和PFTP-26的AEM-WE性能，使用不同濃度的KOH溶液作為電解液，溫度為60 ℃。在無(wú)水陰極法中，沒有陰極電解質(zhì)，OH^–離子通過消耗從陽(yáng)極通過膜傳輸?shù)腍₂O分子在陰極產(chǎn)生。當(dāng)陽(yáng)極液濃度增加時(shí)，通過濃度梯度驅(qū)動(dòng)的載體機(jī)制將OH^–從陰極輸送到陽(yáng)極變得更加困難。當(dāng)電解質(zhì)濃度從0.1 M提高到1 M時(shí)，具有Grotthuss機(jī)制的Z-S-20比PFTP-26的性能增強(qiáng)明顯更大。在所有濃度（0.1 M、0.5 M和1 M）下，基于Z-S-20的器件優(yōu)于基于PFTP-26的器件，表明Grotthuss機(jī)制在OH^–傳導(dǎo)中更強(qiáng)大，特別是在工作條件（1 M KOH溶液）下。

圖10. Z-S-20和PFTP-26在60 °C、不同電解質(zhì)濃度下的電池性能

文獻(xiàn)信息

Poly(Dibenzothiophene-Terphenyl Piperidinium) for High-performance Anion Exchange Membrane Water Electrolysis. Angew. Chem. Int. Ed., 2024, DOI: https://doi.org/10.1002/anie.202405738.

原創(chuàng)文章，作者：計(jì)算搬磚工程師，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/2024/06/11/25f8048175/

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

?他，中科院院士，2020年全職回國(guó)加盟西湖大學(xué)，發(fā)表最新Angew！

相關(guān)推薦

?他，中科院院士，2020年全職回國(guó)加盟西湖大學(xué)，發(fā)表最新Angew！