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?北化工AFM：Co摻雜耦合P空位，助力NixCo1-xP大電流密度下高效電催化全水分解

電化學水分解產生的清潔氫燃料在緩解能源和環境危機方面引起了廣泛的關注。然而，水電解反應中的析氧反應(OER)和析氫反應(HER)的動力學緩慢，這嚴重限制了該方法的進一步發展和大規模應用。因此，需要設計和開發高效穩定的電催化劑來加速水分解。基于此，北京化工大學陶霞課題組通過簡便的陽離子交換法制備了原子級Co摻雜的自支撐磷化鎳(NiP)納米陣列(Ni_xCo_1-xP)。

具體而言，研究人員利用Co²⁺離子取代NiP納米片陣列的Ni²⁺離子，這不需要復雜的化學反應和后處理步驟就可以在電極表面形成富含P空位和原子級Co摻雜的電極，并且P空位可以通過簡單地改變陽離子交換濃度來進行微調。

性能測試結果表明，最佳的Ni_0.96Co_0.04P納米片陣列電極在1000 mA cm^-2電流密度下的HER和OER過電位分別為249.7 mV和281.7 mV，Tafel斜率分別具有49.6 mV dec^-1和36.5 mV dec^-1。此外，在500 mA cm^-2處的Ni_0.96Co_0.04P納米片陣列電極對于整體水分解顯示出1.71 V的超低電位，并且顯示出連續運行500 h的出色穩定性。

研究人員利用密度泛函理論(DFT)計算來研究表面結構調控對HER性能的影響。研究人員對兩種不同的磷化鎳催化劑Ni₅P₄和NiP₂進行了模擬，結果表明，H的吸附遵循Co原子可以削弱H吸附質與表面P原子相互作用，而P空位可以進一步減少H吸附質的成鍵的趨勢；NiP₂比Ni₅P₄具有更接近于0的自由能值，導致更好的HER性能。

更重要的是，富磷NiP₂和富金屬Ni₅P₄分別賦予催化劑較好的穩定性和導電性。因此，Co摻雜和P空位以及Ni₅P₄和NiP₂的協同作用使Ni_0.96Co_0.04P納米片陣列電極對HER催化具有很高的效率。

Atomic-Level Surface Engineering of Nickel Phosphide Nanoarrays for Efficient Electrocatalytic Water Splitting at Large Current Density. Advanced Functional Materials, 2022. DOI: 10.1002/adfm.202205161

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