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北科王戈/黃秀兵ACS Catal.: 富氧空位Co3O4和結晶-非晶NiFe-LDH組成異質界面用于析氧反應

電解水以其無污染、來源豐富、可再生能源等特點有望實現可持續制氫。然而，由于四電子耦合質子轉移步驟的高能壘引起的動力學緩慢，通過水電解制氫的能量效率受到陽極析氧反應(OER)的嚴重阻礙。因此，設計和開發高性能OER電催化劑以加速電子轉移并減少甚至打破動力學瓶頸迫在眉睫。

基于此，北京科技大學王戈、黃秀兵等合成了一種以一維Co₃O₄納米線為核、二維NiFe-LDH納米片為殼的泡沫鎳(NF)負載電催化劑(NiFe-60/Co₃O₄@NF)。

F取代可以提高Co(OH)F@NF的化學和熱穩定性并增加規則分布的氧空位濃度，從而優化電子結構并激活Co₃O₄@NF的晶格氧，它縮小了OER的動力學勢壘。

在隨后的電化學沉積過程中，由于反應條件溫和，反應時間極短，形成了具有結晶/非晶混合結構的NiFe-LDH。非晶區富含豐富的具有高活性的配位不飽和金屬位點，而結晶區則保持穩定。

因此，構建了主要由NiFe-LDH中的Ni物種組成的異質界面。由于在異質界面的幫助下產生的電荷轉移通道，Co₃O₄@NF中的Co物種和NiFe-LDH的非晶區Fe物種之間產生強大的相互作用。

上述增強了代表熱力學性質的催化活性，并加快了代表動力學性質的電荷轉移速率。因此，NiFe-60/Co₃O₄@NF在100 mA cm^-2和500 mA cm^-2的電流密度下，過電位分別為221 mV和257 mV，Tafel斜率為34.6 mV dec^-1。

此外，該催化劑在290 mV的恒定過電位下也表現出良好的長期穩定性，24小時內電流密度損失僅為4.4%。上述結論可能為設計對OER和其他催化反應具有高性能的電催化劑提供獨特的策略。

Constructing a Hetero-interface Composed of Oxygen Vacancy-Enriched Co₃O₄ and Crystalline-Amorphous NiFe-LDH for Oxygen Evolution Reaction. ACS Catalysis, 2021. DOI: 10.1021/acscatal.1c03960

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