日韩精品视频,亚洲人成人无码网www电影首页,女人被暴躁到c高潮容易怀孕吗

成果簡介

開發高效的陰極氧還原反應(ORR)電催化劑是加速質子交換膜燃料電池商業化進程的必經之路。目前，Fe-N-C材料已成為取代鉑族金屬ORR催化劑的理想替代品。然而，它們仍然存在低的本征活性和穩定性，仍難以應用于實際燃料電池。

德累斯頓工業大學馮新亮院士、武漢理工大學趙焱教授、普渡大學印第安納波利斯分校謝劍教授、紐約州立大學布法羅分校武剛教授等人報道了一種Fe-N-C電催化劑，其在具有高度彎曲表面的分層多孔碳上分散著密集的FeN₄位點(記為FeN₄–hcC)。FeN₄–hcC催化劑在酸性介質中表現出異常的ORR活性，在0.5 M H₂SO₄中具有高達0.85 V的半波電位。當集成到膜電極組件中時，相應的陰極顯示出0.592 W cm^-2的最大峰值功率密度，并且在惡劣的H₂/空氣條件下表現出超過30000次電壓循環的工作耐久性，優于先前報道的Fe-N-C電催化劑。

實驗和理論研究表明，彎曲碳載體微調了局部配位環境，使Fe的d帶中心負移，從而抑制了含氧物質的吸附，從而提高了ORR的活性和穩定性。這項工作為ORR催化的碳納米結構-活性相關性提供了新的見解。它還為設計用于能量轉換應用的先進單金屬位點催化劑提供了一種新方法。

相關工作以《Hierarchically Porous Carbons with Highly Curved Surfaces for Hosting Single Metal FeN₄ Sites as Outstanding Oxygen Reduction Catalysts》為題在《Advanced Materials》上發表論文。值得注意的是，這也是馮新亮院士在《Advanced Materials》上發表的第85篇文章。

圖文介紹

圖1 FeN₄–hcC的合成示意圖

如圖1a所示，通過P123介導的熱解法制備FeN₄–hcC。首先，在Fe-ZIF-8合成過程中原位引入P123 (2 g)，將無水硝酸鐵(60 mg)和六水合硝酸鋅(2.97 g)與2-甲基咪唑(2- MeIm, 3.40 g)加入300 mL甲醇中，形成P123@Fe-ZIF-8復合物。其次，將得到的P123@Fe-ZIF-8粉末在1100℃下，以40℃min^-1的加熱速率在流動N₂氣氛下加熱1 h，得到FeN₄–hcC。

ZIF-8網絡被碳化形成多孔的氮摻雜碳基體，而摻雜的Fe配合物被轉化為原子分散的FeN₄位點。為了比較，采用相同的方法制備了FeN₄-C材料，但沒有使用P123。如圖1b、c所示，FeN₄–hcC繼承了ZIF-8的形態，呈多面體結構，粒徑為~100 nm。對于FeN₄-C和FeN₄–hcC，在TEM和HAADF-STEM圖像中均未發現含鐵納米顆粒。

與FeN₄-C催化劑不同，FeN₄–hcC催化劑的多面體顆粒具有清晰的邊緣和面，在多面體顆粒表面觀察到大量直徑為9 nm的洋蔥狀碳。這些結果表明，P123共聚物在熱解過程中有效誘導形成獨特的洋蔥狀碳納米結構。HAADF-STEM圖像(圖1f)顯示洋蔥狀碳上都有大量明亮的單點，表明FeN₄–hcC中存在高密度的單原子Fe位點。

圖2 光譜分析

在Fe的K邊XANES光譜中，FeN₄-C和FeN₄–hcC的吸收邊緣與標準Fe₂O₃的吸收邊緣接近，表明樣品中的Fe主要處于+3氧化態。FeN₄-C和FeN₄–hcC的小波變換(WT)譜圖在k空間只有一個~3.7 ?^-1的峰，與FePc相似，表明其具有類似的Fe-N配位鍵。

FT-EXAFS光譜(圖2c)顯示，FeN₄-C和FeN₄–hcC在~1.50 ?處有一個優勢峰，該峰屬于Fe-N鍵。有趣的是，FeN₄–hcC中Fe-N鍵的平均鍵距比FeN₄-C中要長。這主要歸因于FeN₄–hcC中彎曲的洋蔥狀碳所引起的局部應變效應。

圖3 ORR性能

本文采用LSV在O₂飽和的0.5 M H₂SO₄電解液中評價了FeN₄–hcC催化劑的ORR性能。如圖3a所示，FeN₄-C表現出相當好的ORR性能，其E_1/2為0.82 V。相比之下，在合成過程中使用2g P123的最佳FeN₄–hcC，其ORR性能大大提高，E_1/2為0.85 V，接近Pt/C。在0.85 V時，FeN₄–hcC的動力學電流密度(J_k)達到3.87 mA cm^-2，高于FeN₄-C的1.23 mA cm^-2。

如圖3c所示，在0.2 ~ 0.8 V電位范圍內，FeN₄–hcC的H₂O₂產率低于3.0%。計算得到的電子轉移數(n)為>3.9，表明H₂O的生成是按照期望的四電子ORR過程進行的。此外，FeN₄–hcC表現出優異的電催化耐久性，在30000次循環伏安(0.6-1.0 V)測試后，其E_1/2損失僅為19 mV，顯著低于FeN₄-C的E_1/2損失(31 mV)。

圖4 DFT計算

采用DFT計算，本文研究了在高度彎曲的洋蔥狀碳上觀察到FeN₄增強的ORR活性。基于上述觀察結果(直徑為~9 nm的洋蔥狀碳表面)，在曲率(c)為0.023的sp²-碳框架上構建了FeN₄活性位點，催化劑模型標記為FeN₄-0.023。作者還考慮了平面碳表面上的FeN₄位點(c=0，FeN₄-0)進行比較。

差分電荷密度圖顯示，在FeN₄-0和FeN₄-0.023中，電荷明顯從Fe中心轉移到相鄰的N原子。值得注意的是，FeN₄-0.023模型比FeN₄-0模型誘導了更多的電荷轉移。FeN₄-0.023的d帶中心值為-1.871，低于FeN₄-0的-1.831。d帶中心的負移會削弱OH*中間體的吸附能力，加速整體ORR動力學。

在施加電壓為1.23 V時，從圖4c可以觀察到，FeN₄-0和FeN₄-0.023的ORR速率決定步驟(RDS)相同，為*OH解吸步驟(*OH+H⁺+e^–→*+H₂O)。FeN₄-0上的過電位為0.63 V，而彎曲的FeN₄-0.023上的過電位為0.55 V，表明彎曲碳表面的FeN₄位點的ORR動力學更快。

為了進一步探索碳曲率與FeN₄位點本征活性的相關性，作者構建了不同曲率(c=0.012、0.017、0.023、0.027、0.033、0.038、0.043、0.047和0.052)的碳框架和負載的單個Fe位點。如圖4d所示，隨著碳曲率的增加，FeN₄中Fe位點的d帶中心向能量較低的方向移動，從而反映出與OH*吸附物的相互作用較弱，ORR過電位較低。

圖5 MEA性能

為了在實際的PEMFC中評估FeN₄–hcC催化劑，將催化劑結合到膜電極組件(MEAs)中，測試燃料電池運行性能。如圖5a所示，在H₂-O₂燃料電池下，FeN₄–hcC在0.9 V_iR-free條件下活性達26.9 mA cm^-2，高于FeN₄-C的20.0 mA cm^-2。

在H₂-空氣條件下，FeN₄–hcC在0.8 V下產生的電流密度為92.6 mA cm^-2，高于FeN₄-C的72 mA cm^-2。此外，FeN₄–hcC陰極的峰值功率密度為0.592 W cm^-2，高于FeN₄-C的0.473 W cm^-2。經過30000次加速應力測試(AST)循環后，FeN₄–hcC的峰值功率密度下降了23.0%。值得注意的是，經過30000次循環后，該值甚至高于許多先前報道的Fe-N-C電催化劑的初始峰值功率密度。

文獻信息

Hierarchically Porous Carbons with Highly Curved Surfaces for Hosting Single Metal FeN₄?Sites as Outstanding Oxygen Reduction Catalysts，Advanced Materials，2023.

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202300907

原創文章，作者：菜菜歐尼醬，如若轉載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.zzhhcy.com/index.php/2024/01/18/632dbca5a6/

末成年小嫩xb,嫰bbb槡bbbb槡bbbb,免费无人区码卡密,成全高清mv电影免费观看

他，剛剛發表第85篇AM！

末成年小嫩xb,嫰bbb槡bbbb槡bbbb,免费无人区码卡密,成全高清mv电影免费观看

他，剛剛發表第85篇AM！

相關推薦