久久成人无码影片,国产乱码一区二区三区,男按摩师系列无码视频

近日，美國德克薩斯大學奧斯汀分校余桂華教授等人分別以“Intermetallic Single-Atom Alloy In-Pd Bimetallene for Neutral Electrosynthesis of Ammonia from Nitrate”和“A multifunctional copper single-atom electrocatalyst aerogel for smart sensing and producing ammonia from nitrate”為題在J. Am. Chem. Soc.和PNAS上發表了關于合成氨的研究性文章。

JACS：合成氨的金屬間單原子合金設計

從硝酸鹽電催化還原（NO₃RR）中回收可回收氨（NH₃）提供了一種可持續的策略，以節能和環保的方式關閉硝化污染造成的生態氮循環。其中，新興的金屬間單原子合金（ISAAs）通過將連續的金屬原子分離成由金屬間結構內另一種金屬穩定的單個位點，有望將金屬間納米晶體和單原子催化劑的催化作用耦合到促進NO₃RR的催化作用。

在此，美國德克薩斯大學奧斯汀分校余桂華教授等人設計了一種ISAA In-Pd雙金屬烯，其中Pd單原子被周圍的In原子隔離，可提高中性NO₃RR與NH₃法拉第效率（FE）為87.2%，產率為28.06 mgh^-1mg_Pd^-1，以及出色的電催化穩定性，在100小時和20個循環內具有更高的活性/選擇性。

此外，ISAA結構誘導Pd d軌道的重疊大大減少，并使費米能級周圍In-p和Pd-d態的p-d雜交變窄，導致更強的NO3^?吸附和NO₃RR的電壓決定步驟的能壘降低。進一步將NO₃RR催化劑集成到Zn-NO₃^–流電池中進行氨生產，作為陰極提供12.64 mW/cm²和93.4%的功率密度。

相關文章以“Intermetallic Single-Atom Alloy In?Pd Bimetallene for Neutral Electrosynthesis of Ammonia from Nitrate”為題發表在J. Am. Chem. Soc.上。

研究背景

研究顯示，累積的農業徑流和加速的工業化進程導致硝酸鹽不可避免地增加（NO₃^–），其作為地表水和地下水中最常見的污染物，以光化學煙霧和酸雨等嚴重污染破壞全球氮循環和生態平衡，NO₃^–的體內轉化進一步誘發高鐵血紅蛋白血癥和癌癥，對水生生物和人類健康產生不利影響。

在這方面，電化學還原NO₃^–到有價值的產品氨（NH₃）為N循環提供了一條實用的途徑。作為最常見的化學原料之一，NH₃3RR由NO制備，由于NO的高水溶性，每單位質量的絕對材料生產能量大大降低。然而，復雜的八電子反應途徑具有緩慢的動力學，副產物如亞硝酸鹽和肼的副反應。因此，設計一種具有高NO₃RR效率和氨選擇性的催化劑是實際應用的迫切需要。

金屬基納米結構是最先進的NO₃RR，且具有可調理化性質，可在原子水平的多步反應中有效穩定關鍵中間體，從而獲得相當高的NO₃RR。其中，最大化金屬的原子利用效率（AUE）被認為是降低與貴金屬組成的電催化劑關的成本而不影響其性能的最重要策略。

盡管單原子催化劑（SACs）為各種與能量相關的催化過程提供幾乎100%的AUE，但傳統的SACs不可避免地受到吉布斯-湯姆遜效應引起的金屬負載和原子聚集控制不足的問題。相比之下，單原子合金（SAAs）在具有可調電子性能的金屬基體中實現了熱力學穩定的單原子中心，以改善催化作用。更重要的是，有序的金屬間單原子合金（ISAAs）最近被認為代表了具有最高密度的孤立原子的結構基序，主體金屬僅由單個原子的第一個最近鄰組成。

圖文解讀

In-Pd雙金屬烯的合成與表征

ISAA In-Pdene是在Pd（111）面各向異性生長過程中與In水熱合金合成的，生成了具有少量原子層的超薄ISAA。TEM和STEM圖像直接揭示了橫向尺寸超過微米的ISAA In-Pdene的超薄形貌和表觀曲率（圖1a）。值得注意的是，從皺紋邊緣拍攝的HAADF-STEM圖像清楚地表明了六個原子層的厚度（圖1b）。

如圖1c所示，ISAA In-Pdene的XRD圖譜表明具有近乎單相的晶體結構，同時EDX光譜元素映射和線掃描分析表明，Pd和In均勻分布在整個ISAA In-Pdene中（圖1d），高分辨率HAADF-STEM進一步證實了ISAA In-Pdene的結晶性質（圖1e）。如圖1i所示，測量晶平面的晶格間距為0.266 nm，晶格膨脹為0.38%，這可能是由ISAA In-Pdene的曲率誘導拉伸應變引起。值得注意的是，在ISAA In-Pdene表面觀察到不同的原子排列，證明了ISAA In-Pdene的金屬間性質（圖1h）。

圖1：原子薄和彎曲的ISAA In-Pdene。

值得注意的是，ISAA In-Pdene和Pdene之間In的組成差異通過XPS得到證實，Pd 3d的XPS光譜表明，ISAA In-Pdene和Pdene都具有金屬狀態（Pd⁰）和氧化態（Pd²⁺）的比率，In-Pdene遠低于Pdene（圖2 a），這表明由于In（1.78）和Pd（2.20）之間的電負性差異，與In的電子相互作用使表面Pd原子的親氧性降低。為了進一步驗證ISAA In-Pdene和Pdene之間的結構差異，使用XAS技術來評估Pd和In在其局部環境中的電子結構和化學鍵。

圖2：配位環境的探究。

NO₃RR的電催化性能

ISAA In-Pdene的成功合成提供了一個揭示了In配位實現的二維分離態如何影響電化學硝酸鹽還原（NO₃RR）性能的機會。在室溫下，在含有100 mM硝酸鈉的0.5 M硫酸鈉溶液中使用三電極系統進行電化學測量，將電催化劑沉積到預清潔的玻璃碳板上，采用循環伏安（CV）曲線，通過以0.7 V為中心的氧化鈀還原峰計算了Pd基催化劑的電化學活性比表面積（ECSA）。

值得注意的是，與Pdene（61.37 m²g_Pd^-1）相比，ISAA In-Pdene的ECSA為79.65 m²g_Pd^-1，表明ISAA In-Pdene的Pd活性位點增加。同時，線性掃描伏安法（LSV）顯示了ISAA In-Pdene的最小析氫反應（HER）活性，相對于Pdene和In具有更負的起始電位。當陰極電位從-0.3降低到-0.8V時，ISAA In-Pdene的FE（NO₂^–）逐漸降低，而FE（NH₃）先升高，然后略有降低。

如圖3g所示，FE（NH₃）和YR（NH₃）在最初的5個周期中分別提供了4.3和12.5%的增長，然后在隨后的7個周期中穩定在~89%和~30 mgh^-1mg_Pd^-1，并保持穩定到最后一個循環。

圖3：在中性水溶液中的NO₃RR性能。

圖4：DFT計算。

圖5：液流電池性能。

綜上所述，本文成功報道了具有幾個原子層和金屬間BCC結構的ISAA In-Pdene的合成，用于選擇性和持久的NO₃^–-NH₃電催化過程。ISAA In-Pdene展現出優異的性能，以及穩定循環超過20次和長循環超過100 h，這標志著NH₃中性電合成最出色的催化劑之一。與fcc Pdene相比，ISAA In-Pdene具有與In原子配位的2D隔離Pd，表現出具有明顯變窄的能帶下移Pd-d態，從而明顯提高了電子密度，這得到了DFT計算和XPS/UPS分析的證實。

Minghao Xie, Sishuang Tang, Zhao Li, Maoyu Wang, Zhaoyu Jin, Panpan Li, Xun Zhan, Hua Zhou, Guihua Yu*, Intermetallic Single-Atom Alloy In?Pd Bimetallene for Neutral Electrosynthesis of Ammonia from Nitrate,?J. Am. Chem. Soc.,?2023, https://doi.org/10.1021/jacs.3c03432

PNAS：一種用于智能傳感和用硝酸鹽制氨的多功能銅單原子電催化劑氣凝膠

當前農業系統迅速發展，其農業生產嚴重依賴氮肥，但自然硝化過程會導致養分流失和硝酸鹽污染。同時，水中過量的硝酸鹽會導致環境問題，包括富營養化和健康危害。硝酸鹽污染也是一氧化二氮和其他溫室氣體的來源，這可能會影響碳循環并加劇氣候變化。電催化硝酸鹽到氨的轉化已被公認為從受污染的地下水和工業廢物流中生產氮肥的替代策略，具有高度的環境可持續性。

在此，美國德克薩斯大學奧斯汀分校余桂華教授，四川大學李盼盼特聘研究員和電子科技大學晉兆宇研究員等人報告了一種通過電氣化富含硝酸鹽的廢水實現智能和精確控制的氮養分回收的電催化系統。具體來說，作者通過一種多功能銅單原子電催化劑基氣凝膠（Cu SAA），其集成了配位單原子位點和3D通道框架的多尺度結構。Cu SAA對NH₃表現出令人印象深刻的87%法拉第效率，以及卓越的傳感性能，其NO₃^–的檢測限為0.15 ppm，NH₄⁺為1.19 ppm。

這些多功能特性能夠在催化過程中精確控制和將硝酸鹽轉化為氨，從而有助于準確調節肥料中的銨態氮和硝酸鹽比例。因此，作者將Cu SAA設計成一個智能和可持續的施肥系統（SSFS），用于自動回收營養物質，精確控制硝酸鹽/銨濃度。SSFS代表了朝著可持續養分/廢物回收邁出的一步，從而允許作物的有效氮利用并減少污染物排放，這一貢獻說明了如何利用電催化和納米技術來實現可持續農業。

相關文章以“A multifunctional copper single-atom electrocatalyst aerogel for smart sensing and producing ammonia from nitrate”為題發表在PNAS上。

圖文解讀

本文基于多功能Cu SAA，用于從硝酸鹽廢物流中選擇性地生產氨，并同時檢測氮的濃度。在智能和可持續的施肥系統（SSFS）中進一步應用了預制的SAA，用于富含硝酸鹽的廢水處理。此外，SSFS能夠明顯促進作物生長，提高氮養分吸收和恢復，同時大幅減少污染排放，實驗結果強調了使用多功能Cu SAAs實現環境可持續的智能農業方法的潛力（圖1）。

圖1：用于傳感和氨生產的多功能Cu SAA示意圖。

Cu SAA的設計和表征

根據已有文獻，作者制備超交聯聚吡咯-酞菁銅（II）水凝膠作為前驅體，刀片涂布在碳紙上，隨后在Ar流中于800°C熱解，制備Cu SAA電極。值得注意的是，如圖2A所示，聚合物主鏈高度互連，能夠構建獨立的氣凝膠。相比之下，PPy衍生的碳材料（PPy-C）僅由聚集的納米顆粒組成。

此外，納米結構網絡有助于電催化，其最大化表面積同時包含豐富的介孔/大孔，有助于限制電活性中間體。進一步采用X射線吸收光譜（XAS）測定了Cu位點的局部結構，進一步驗證了分離Cu原子的特性。簡而言之，圖2D顯示了Cu箔，CuO，Cu 的Cu K-edge X射線吸收近邊緣結構（XANES），表明Cu SAAs中Cu位點的氧化態為+1。此外，在圖2F中展示的小波變換（WT）可視化了Cu K-edge EXAFS光譜，Cu SAA清楚地顯示出以4至6 ?^-1為中心的WT最大峰，而1到2 ?處的信號屬于Cu-N鍵。

圖2：Cu SAA的結構表征。

硝酸鹽到氨的轉換和傳感性能

圖3A比較了添加NO₃^–前后Cu SAAs、PPy-C、Cu箔和空白碳紙的循環伏安曲線，其中Cu SAAs的電流響應最高和負電位最小。同時，通過在-0.9 V下循環電解30分鐘來評估Cu SAAs用于氨生產的穩定性。由于分散的Cu單原子與碳載體之間的強相互作用，Cu SAAs的降解可以忽略不計，這表明分離的Cu位點具有很高的耐久性。在這方面，碳氣凝膠上負載的單個原子可以提供有效的策略來解決本體催化劑中通常存在的鈍化，浸出和溶解問題。

如圖3?D所示，通過記錄+2.1 V和?0.3 V脈沖電位下的電流響應，進一步評估Cu SAA電極的傳感性能。

圖3：對Cu SAA結構的機理理解。

圖4：Cu SAA結構的機理解釋。

通過更實際的示范，進一步探索了納入Cu SAA的SSFS，以回收農業徑流中的硝酸鹽廢水，用于為作物施肥。本研究采用水培法比較作物生長情況，證明精確控制氮含量和配比的策略可以在短期內應用于植物栽培。因此，在這種環境下水培種植了兩種作物，即水稻和小麥，以驗證SSFS與傳統施肥做法相比的可行性。

小麥和大米分別被稱為硝酸鹽和銨態氮優先作物。在材料和方法中澄清了用SSFS，常規施肥（CF）和對照組處理的作物的詳細信息。可編程的SSFS允許營養液自動回收，以實現平衡的NH₄⁺/NO₃^–總氮濃度為100 ppm。在CF處理組中，施加的總氮為200 ppm，具有相同濃度的NH₄⁺和NO₃^–。將所有種子播種在水灌溉的沙子上10天，然后轉移到充氣水培系統。

結果顯示，SSFS栽培后14天內小麥鞘翅的最佳生長狀態，當向培養基中添加氮養分時，小麥和水稻的生長均得到改善。此外，與CF治療相比，SSFS通過按需NH₄⁺和NO₃^–飼喂，促進作物快速健康生長。與圖5E中單個鞘翅目動物的干重相比，結果進一步支持了用SSFS處理的作物的生長速度的提高，用CF和SSFS種植的兩種作物的氮吸收和回收率如圖5F所示。值得注意的是，氮利用率的明顯增加已被確定為SSFS處理的鞘翅目高生長速度的原因。

圖5：用于作物種植的SSFS演示。

綜上所述，本文證明了材料創新在促進農業可持續發展方面的潛力。鑒于Cu SAAs由配位原子活性位點的跨尺度結構和三維通道框架組成的獨特特性，該多功能電極在極低濃度下轉化和傳感硝酸鹽和氨時表現出更好的性能，進一步突出了帶有Cu SAA的SSFS，功能單元能夠通過利用富含硝酸鹽的廢水按需生產氨，同時精確監測NH₄⁺和NO₃^–。

同時，在水培條件下，SSFS通過自動化程序實現了無人的操作，并顯示出令人印象深刻的硝酸鹽廢水中氮的回收率，用于氨分配。使用SSFS對作物種植的研究表明，養分吸收效率明顯提高，從而有利于植物的生長并減少氮損失。因此，具有合理設計的多功能SAA的SSFS可能會通過整合可再生能源和信息技術來為推動未來農業的發展開辟許多機會。

Panpan Lia, Ling Liao, Zhiwei Fang, Gehong Su, Zhaoyu Jind, Guihua Yu, A multifunctional copper single-atom electrocatalyst aerogel for smart sensing and producing ammonia from nitrate,?PNAS, 2023, https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2305489120

原創文章，作者：Gloria，如若轉載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.zzhhcy.com/index.php/2023/10/02/0177109a2a/

末成年小嫩xb,嫰bbb槡bbbb槡bbbb,免费无人区码卡密,成全高清mv电影免费观看

余桂華教授，同日連發JACS、PNAS！

末成年小嫩xb,嫰bbb槡bbbb槡bbbb,免费无人区码卡密,成全高清mv电影免费观看

余桂華教授，同日連發JACS、PNAS！

相關推薦

余桂華教授，同日連發JACS、PNAS！