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背景介紹

電催化水分解過程包括陽極的析氧反應(OER)和陰極的析氫反應(HER)。由于其動力學緩慢，電子傳遞過程復雜，需要使用一種高效的電催化劑才能實現大規模的應用。為了開發高活性和穩定的電催化劑，研究人員篩選了多種催化劑，包括貴金屬、非貴金屬和金屬氧化物。

在貴金屬中，Ir基催化劑對OER表現出顯著的活性和穩定性，而Pt基電催化劑是最佳的HER催化劑。雖然基于非貴金屬過渡金屬的納米材料在水分解中也發揮著重要作用，但其性能還不能與貴金屬基催化劑相比。特別是，作為Pt和Ir的廉價替代品，Ru基電催化劑作為OER電催化劑得到了廣泛的研究，最近也得到了用于電催化HER的考慮。

然而，大多數報道的Ru基催化劑制備步驟復雜，在堿性溶液中OER過程中存在嚴重的過氧化和溶解現象，在酸性環境中存在較高的HER過電位，難以實際應用。因此，設計新的Ru基電催化劑來解決這些問題是非常重要的。

成果介紹

陳昕/陳晨/李亞棟院士Angew：單原子催化新進展，助力高性能OER/HER雙功能電催化劑！

北京科技大學陳昕、清華大學陳晨、李亞棟院士等人成功地通過水熱過程、將單原子Co嵌入到RuO₂球中(記為Co-SAC/RuO₂)，并通過XAS、AC-STEM和DFT計算對RuO₂球中的單原子Co進行了確認。Co與RuO₂的結合顯著提高了其對OER和HER的效率，所得到的催化劑在1 M KOH中、在10 mA/cm²處OER過電位僅為200 mV，在0.5 M H₂SO₄中、在10 mA/cm²處HER過電位僅為45 mV。在20小時的連續測試中，該催化劑的性能沒有發生任何顯著變化。

單原子Co調制策略不僅大大緩解了堿性OER條件下RuO₂的穩定性問題，而且顯著提高了酸性OER條件下Ru基電催化劑的HER活性。相關工作以Cobalt Single Atom Incorporated in Ruthenium Oxide Sphere: A Robust Bifunctional Electrocatalyst for HER and OER為題在Angewandte Chemie International Edition上發表論文。

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