妺妺窝人体色聚窝窝www,三个男人的共妻每天被c,宝贝再浪点把腿分大点视频

成果簡介

基于非鉑族金屬催化劑的陰離子交換膜燃料電池和鋅空氣電池通常存在緩慢陰極氧還原反應(ORR)的問題。設計先進的催化劑結構以提高催化劑的ORR活性，并通過增加金屬負載和位點利用率來提高可達位點密度，是實現(xiàn)高器件性能的潛在途徑。

廣西師范大學樊友軍教授，中科院化學研究所唐堂、胡勁松研究員等人報道了一種界面組裝策略，通過構建納米籠結構，將高密度、易于接近的二元單原子Fe/Co催化劑。研究發(fā)現(xiàn)，催化劑中Fe/Co-N_x位點集中在多孔殼中，并具有高的質量負載。所制備的FeCo-NCH具有高達7.9 wt%的金屬負載，位點密度約為7.6×10¹⁹ sites g^-1，超過了大多數(shù)報道的M-N_x催化劑。

在陰離子交換膜燃料電池和鋅空氣電池中，F(xiàn)eCo-NCH材料的峰值功率密度為569.0或414.5 mW cm^-2，比使用FeCo-NC組裝的控制器件高3.4或2.8倍。這些結果表明，目前促進催化位點利用的策略為探索高效低成本的電催化劑以提高各種能源器件的性能提供了新的可能性。

相關工作以《Interfacial assembly of binary atomic metal-N_x sites for high-performance energy devices》為題在《Nature Communications》上發(fā)表論文。

圖文導讀

圖1.?FeCo-NCH的制備示意圖

通過配位輔助熱解合成了原子分散的Fe/Co-N_x催化位點，并在熱解過程中通過應力誘導取向收縮實現(xiàn)了其在超薄空心氮摻雜碳納米籠(FeCo-NCH)上的界面組裝。如圖1所示，首先制備了ZIF-8多面體納米晶體作為犧牲基底。一層薄薄的含Co的ZIF-67被外延生長在這些ZIF-8納米晶體上(ZIF-8@ZIF-67)。為了獲得二元金屬位點，進一步在ZIF-8@ZIF-67上進行了Fe吸附，通過一種簡單的浸漬，使Co和Fe物種都存在于ZIF-67層中(ZIF-8@ZIF-67@Fe)。

隨后，ZIF-8@ZIF-67@Fe被一層超薄聚多巴胺(PDA)外殼包裹。在熱解過程中，早期形成的相對堅硬的炭化PDA殼層起到骨架作用，抑制了內部ZIF組分的收縮，并誘導熱解產(chǎn)物在殼層上積累，最終形成中空結構。含F(xiàn)e、Co的ZIF-67層相應地轉變?yōu)楹朽徑麱e-N和Co-N物種的碳殼層。

圖2. FeCo-NCH的結構表征

TEM圖像(圖2a)顯示，前驅體的形貌為100 nm左右的多面體，包覆層約3 nm。熱解產(chǎn)物FeCo-NCH由SEM圖像(圖2b)顯示其具有前體的多面體形態(tài)，而HAADF-STEM圖像(圖2c)顯示其具有中空內部結構。碳殼與中空內部的明顯對比差異表明納米籠的殼層厚度約為10 nm(圖2d、e)。

通過像差校正HAADF-STEM成像證實了金屬物種的原子級分散。圖2f中紅色圈出的單個原子大小的離散的亮點可以識別為Fe或Co原子。EDS元素映射圖(圖2g)顯示Fe、Co、N、C元素在納米籠殼中分布均勻。

圖3. FeCo-NCH的局部結構特征

為了進一步研究催化活性Fe和Co的配位環(huán)境，研究了FeCo-NCH和標準物質的XANES和EXAFS譜圖。根據(jù)Fe的K邊XANES光譜(圖3a)，F(xiàn)eCo-NCH的吸收閾值位置位于FePc和Fe₂O₃之間，但接近Fe₂O₃。結果表明，F(xiàn)e的平均氧化態(tài)接近+3。FT-EXAFS譜圖(圖3b)表明FeCo-NCH在~1.47 ?處的主峰與FePc中的主峰相似，與Fe-N的第一殼層配位有關。EXAFS擬合結果表明，F(xiàn)e-N的第一殼層平均配位數(shù)為4.9。這表明每個Fe原子與5個N原子成鍵。

同時，Co的K邊XANES光譜(圖3d)顯示FeCo-NCH的吸收閾值位置接近于酞菁鈷(CoPc)和CoO。FeCo-NCH中Co的價態(tài)接近+2。FT-EXAFS譜(圖3e)中，位于~1.40 ?處的主峰可歸屬于Co-N的第一殼層配位。這與CoPc類似，與Co-O配位不同。EXAFS擬合結果顯示Co-N的平均配位數(shù)為4.1，這表明每個Co原與4個N原子成鍵。

總之，HAADF-STEM、EXANES、EXAFS和WT分析結果一致證實了FeCo-NCH中存在單原子分散的Fe-N₅結構和Co-N₄結構。

圖4. ORR性能

由于電催化反應僅發(fā)生在催化劑表面，通過表面敏感XPS檢測，空心FeCo-NCH比固體FeCo-NC具有更高的表面金屬含量(6.9 vs. 3.0 wt%)。由于亞硝酸鹽離子(NO₂^–)特異性吸附在M-N_x位點上，通過CV進行還原電容計算，探究了原子位點密度。在CV溶出曲線中，F(xiàn)eCo-NCH比FeCo-NC具有更大的NO₂^–還原峰(圖4b)。計算的FeCo-NCH的可達位點密度為126.7 μmol g^-1(即7.6×10¹⁹ sites g^-1)，對應的位點利用率為9.3%。

通過旋轉盤電極(RDE)測量FeCo-NCH和對照催化劑的ORR活性。在O₂飽和0.1 M KOH溶液中，從線性掃描伏安(LSV)曲線(圖4d)可以看出，F(xiàn)eCo-NCH的半波電位(E_1/2)為0.889 V，極限電流密度為6.2 mA cm^-2，具有較高的ORR活性，是目前最具活性的非貴金屬ORR催化劑之一。這一性能明顯優(yōu)于對照催化劑Co-NCH和Fe-NCH，表明二元Fe/Co-N_x位位由于協(xié)同電子調制和位點密度的增加，更有利于ORR。

圖5. AEMFC和鋅空氣電池的性能

為了證明提高可達催化位點密度和利用率對實現(xiàn)高性能能源器件的重要性，使用FeCo-NCH、FeCo-NC和商用Pt/C作為陰極催化劑組裝AEMFC器件。膜電極組件(MEA)首先在2.0 bar H₂/O₂條件下，在80℃下進行測量。極化和功率密度曲線如圖5a所示。

基于FeCo-NCH的MEA的最大功率密度為569.0?mW?cm^-2，明顯高于基于FeCo-NC的MEA (168.1 mW?cm^-2)。此外，為了驗證在實際條件下的性能，還在2.0 bar H₂-Air條件下(80℃)測量了FeCo-NCH的MEA性能。在FeCo-NCH MEA上最大功率密度為299.3 mW cm^-2，明顯高于基于FeCo-NC的MEA (86.1 mW?cm^-2)。

這些結果表明，基于FeCo-NCH的AEMFC的性能明顯優(yōu)于基于feco – nc的AEMFC，這可以歸因于FeCo-NCH設計的納米籠結構，多孔外殼和中空內部有效地使催化劑層中的Fe/Co-N_x位點協(xié)同參與ORR。

除了燃料電池，水性ZAB也被認為是下一代能源存儲裝置。以6 M KOH/0.2 M Zn(AC)₂為電解質，鋅板為陽極，以FeCo-NCH、FeCo-NC和常規(guī)Pt/C為陰極催化劑組裝ZABs。隨后對放電性能進行了評估。FeCo-NCH電池的最大功率密度為414.5 mW cm^-2(圖5d)，比FeCo-NC電池高2.8倍，比Pt/C電池高2.16倍。

此外，F(xiàn)eCo-NCH電池表現(xiàn)出優(yōu)異的放電倍率性能(圖5e)。在恒流放電測量中，放電電位在2到50 mA cm^-2的每個電流密度下保持穩(wěn)定，并且當電流密度從50 mA cm^-2切換到2 mA cm^-2時可以完全恢復，這意味著FeCo-NCH電池具有優(yōu)越的可逆性。

文獻信息

Interfacial assembly of binary atomic metal-N_x sites for high-performance energy devices，Nature Communications，2023.

https://www.nature.com/articles/s41467-023-37529-2

原創(chuàng)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/2023/10/08/7d58fdfad4/

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

樊友軍/唐堂/胡勁松Nature子刊：電催化器件的最優(yōu)解！

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

樊友軍/唐堂/胡勁松Nature子刊：電催化器件的最優(yōu)解！

相關推薦