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?北化工宋宇飛ACS Catalysis：NiFe-LDH負載單原子高效電催化整體水分解

電催化整體水分解是一種很有前途的制氫方法，在原子水平上合理設計催化劑對于降低析氫和析氧反應（HER/OER）中的能量勢壘至關重要。基于此，北京化工大學宋宇飛教授等人報道了NiFe-LDH負載的NiIr單原子（NiIr_SAA-NiFe-LDH）和NiFe-LDH負載的Ir單原子（Ir_SAC-NiFe-LDH）用于整體水分解。

在電流密度為10 mA cm^-2時，所制備的NiIr_SAA-NiFe-LDH在HER和OER中過電位分別為28.5 mV和194 mV。此外，由NiIr_SAA-NiFe-LDH和Ir_SAC-NiFe-LDH組裝的電解槽在10 mA cm^-2下具有1.49 V的低電池電壓，在200 mA cm^-2下整體水分解具有超過120 h的長期穩定性，估計每千克H₂的成本為1.12美元。

通過DFT計算發現，對于NiIr_SAA-NiFe-LDH，元素Ir表現出局部電子積累（-0.15 e），元素Ni表現出局部電子耗盡（0.15 e），表明NiIr_SAA中的電子從Ni轉移到Ir，而Ir_SAC-NiFe-LDH的Ir（1.34 e）和Ir相鄰的Ni（0.89 e）都失去了電子，并且電子傾向于在O原子周圍積聚，表明電子從Ir和Ir相鄰的Ni轉移到氧。

從HER中的Tafel斜率可以看出，2H*→2* + H₂是決定速率的步驟，作者計算了H吸附的自由能（ΔG_H*）。對于NiIr_SAA-NiFe-LDH，計算出Ir上的H*吸附ΔG值為-1.52 eV，高于Ni上的H*吸附ΔG值（-0.17 eV）。因此，NiIr_SAA的Ni位點被認為是HER中的活性位點。

此外，作者計算出Ir_SAC-NiFeLDH最可能的吸附位點為Ir附近的Ni位點，吸附能最低為-1.367 eV，NiIr_SAA-NiFe-LDH的最佳吸附位點為Ir附近的NiIr_SAA的Ni位點。對于Ir_SAC-NiFe-LDH和NiIr_SAA-NiFe-LDH，OER過程傾向于在Ni位點進行，其中*OH中間體首先被吸附，然后依次演化為*O、*OOH和O₂。

計算結果表明，Ir_SAC-NiFe-LDH和NiIr_SAA-NiFe-LDH的RDS都是氧的形成，而NiFe-LDH的RDS是O*向OOH*的轉化。Ir_SAC-NiFe-LDH、NiIr_SAA-NiFe-LDH和NiFe-LDH對應的RDS值分別為0.57、0.91和1.45 eV，表明Ir_SAC-NiFe-LDH的能壘最低。結果表明，單原子價態Ir誘導的電荷重分配成功調節了RDS的中間吸附能，促進了OER反應動力學。

Atomic Modulation of Single Dispersed Ir Species on Self-Supported NiFe Layered Double Hydroxides for Efficient Electrocatalytic Overall Water Splitting. ACS Catal., 2023, DOI: https://doi.org/10.1021/acscatal.3c02628.

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