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在質子交換膜（PEM）電解槽中，開發高性能電催化劑來催化分解水以產生可持續的氫氣仍然面臨著挑戰。然而，PEM電解槽中唯一適用于多質子耦合過程的析氧反應（OER）的IrO_x要求更高的標準，因為Ir位點上的氧鍵較弱，導致氧化和酸性條件下的高過電位和穩定性差。

基于此，哈爾濱工業大學孫建敏教授和周欣副教授（共同通訊作者）等人報道了一種通過將金屬釕（Ru）摻入金屬間氧化銥（IrO_x）合成的金屬間化合物Ru₁Ir₁O_x納米催化劑。

通過利用Ru和Ir原子之間的電子特性，金屬間化合物Ru₁Ir₁O_x催化劑在酸性電解質中，當電流密度為10 mA cm^-2_geo時表現出204 mV的低過電位（η），超過了IrO_x、RuO_x和其他具有不同摩爾比的Ru_mIr_nO_x納米催化劑。

同時，代表性的Ru₁Ir₁O_x在1.53 V vs RHE下顯示出1224.6 A g-1_{noble metal}的高質量活性，分別比IrO_x和RuO_x高約29倍和11倍，證明了優化后對酸性OER的顯著增強電子結構和價態。

更重要的是，所制備的Ru₁Ir₁O_x能夠在電流密度為100 mA cm^-2_geo下保持連續的OER電解至少110 h，且變化可忽略不計。

根據計算，Ru₁Ir₁O_x還顯示出比IrO_x（7.92×10⁵）和RuO_x（1.99×10³）更高的穩定性數（1.13×10⁶），表明Ru₁Ir₁O_x的金屬間納米結構進一步增強了穩定性。

正如密度泛函理論（DFT）計算研究表明，將Ru摻入IrO_x形成金屬間化合物Ru₁Ir₁O_x有效地調整了Ir 5d態的電荷重新分布，從而增強了氧中間體的吸附，并將電位決定步驟（PDS）的能壘從1.02 ev（IrO_x）降低到0.65 eV（Ru₁Ir₁O_x）。

由于電荷再分配，Ir價態的降低和Ru價態的增強顯著地調節了Ir位的電子結構，從而顯著增強酸性OER特性。該研究成果為開發高效、穩定的酸性OER催化劑以及在PEM電解槽中的應用提供了前景。

Regulating Electron Redistribution of Intermetallic Iridium Oxide by Incorporating Ru for Efficient Acidic Water Oxidation. Adv. Energy Mater., 2021, DOI: 10.1002/aenm.202102883.

https://doi.org/10.1002/aenm.202102883.

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孫建敏/周欣AEM：摻入Ru調節金屬間氧化銥的電子再分布助力高效氧化酸性水

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