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通常金屬納米顆粒或摻雜劑直接位于催化劑表面，以與氧化物上的活性位點產生界面協同作用，但由于向這些活性位點的氫傳遞不足，增強效果可能會受到影響。基于此，新加坡國立大學顏寧教授和Sergey M. Kozlov（共同通訊作者）等人報道了一種通過優化碳納米管（Pd/CNT）負載的ZnZrO_x和Pd的集成，通過引入氫活化和傳輸功能來促進ZnZrO_x甲醇合成催化劑的策略。

對比傳統的Pd促進ZnZrO_x催化劑，Pd/CNT + ZnZrO_x體系中的CNT將在Pd上活化的氫傳遞到ZnZrO_x表面的廣泛區域，其增強系數為10，后者僅將氫轉移到Pd鄰近位點。在CO₂加氫制甲醇過程中，Pd/CNT + ZnZrO_x表現出極大的增強活性，是目前所報道的ZnZrO_x基催化劑中最高值，并且在600 h的流動測試中具有良好的穩定性。

通過DFT計算，作者從原子角度描述了Pd/CNT + ZnZrO_x中的氫溢出現象。在確定ZnZrO_x最穩定的模型后，作者研究了H在裸ZnZrO_x表面的吸附和移動。作者計算出ZnZrO_x表面的Zn-O對在所有表面位點中具有最低的H₂解離吸附能。由于ZnZrO_x超級單體含有兩個Zn位點，能對兩個H₂分子的順序解離進行模擬。第一個H₂分子的解離是一個無障礙的步驟，反應能ΔG=-0.31 eV。較高的激活勢壘（ΔG^a=0.71 eV）和反應能（ΔG=0.17 eV）削弱了第二個H₂分子的解離，表明在反應條件下未改性ZnZrO_x上的H覆蓋率有限。

此外，H原子在ZnZrO_x表面的遷移率可忽略不計，O位點間擴散的勢壘高達ΔG^a=1.18 eV，H原子從Zn向Zr原子遷移的勢壘高達ΔG^a=1.51 eV。計算出ZnZrO_x表面Zr位點對H的穩定性比O位點低2.22 eV，表明直接負載的Pd納米顆粒不能將活性H原子傳遞到ZnZrO_x的活性位點，因為H原子在氧化物表面的高擴散障礙阻礙了長距離的H溢出。對比裸ZnZrO_x，計算發現H可以通過Pd/CNT的溢出流暢地供應到ZnZrO_x表面的活性位點。

Engineering nanoscale H supply chain to accelerate methanol synthesis on ZnZrO_x. Nat. Commun., 2023, DOI: 10.1038/s41467-023-36407-1.

https://doi.org/10.1038/s41467-023-36407-1.

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Nature子刊：Pd/CNT + ZnZrOx高效催化CO2加氫制甲醇

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