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氫氣作為一種可持續能源，是傳統化石燃料的替代品，可以緩解溫室氣體帶來的環境問題。電化學全解水是利用電催化劑制備氫燃料的有效途徑。目前Pt和Ir/Ru氧化物基催化劑是析氫反應(HER)和析氧反應(OER)的有效催化劑。但其成本高、穩定性差，限制了其大規模應用。因此，制備高效、低成本的電催化劑至關重要。

在各種材料中，含有不同金屬(如Co、Ni、Fe等)的三維過渡金屬基層狀雙氫氧化物(LDHs)具有獨特的層狀結構和豐富的活性位點，是很有前途的電催化劑。例如，基于Fe, Co, Ni, Zn和Mn的LDHs已經被廣泛研究為OER催化劑，NiFe, NiV和CoFe LDHs具有較高的OER活性。為了優化LDHs的催化活性，已經通過調控形態、缺陷形成、電荷轉移等發展了不同的策略，然而，利用缺陷工程控制LDH活性位點的結構，并建立缺陷與電催化性能之間的相關性仍然是一個挑戰。

大連理工大學侯軍剛教授課題組在Nature Communications上發表重要文章，Engineering single-atomic ruthenium catalytic sites on defective nickel-iron layered double hydroxide for overall water splitting，報道了他們在全解水單原子催化劑上取得的進展。

在這項工作中，作者利用直接、實用的方法合成了單原子釕穩定的、帶缺陷的NiFe-LDH催化劑，通過簡單的電沉積和隨后的蝕刻過程合成。球差校正透射電子顯微鏡和X射線吸收精細結構(XAFS)光譜分析表明，Ni、Fe和Ru位存在Ru單原子和深度局域原子結構。雖然Ru和NiFe-LDH被認為是活性的OER催化劑，在HER中，合成的Ru₁/D-NiFe LDH在過電位為18 mV時，電流密度為10 mA cm^?2，在過電位為100 mV時，周轉率為7.66 s^?1(比工業Pt/C催化劑高45倍)。

受HER和OER性能的啟發，將其用于在堿性介質中全解水，由Ru₁/D-NiFe LDH組裝的雙電極池在1.72 V的低電壓下達到500 mA cm^?2的工業電流密度。密度泛函理論(DFT)計算表明，Ru₁/D-NiFe LDH優化了HER對H吸附能的有利調節，并由于Ru-O部分的存在促進了O-O耦合。

此外，豐富的活性位點加速了水裂解動力學，從而增強了HER和OER活性。該工作也為進一步深入研究缺陷NiFe LDH納米片上孤立的Ru單原子在促進電催化性能中的作用奠定了良好的基礎。

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