羞羞视频最新地址发布页,老司机福利视频,午夜精品久久久久久久久3d色爱

成果簡介

氯堿工業是耗電量最大的工業之一，為社會提供基礎化學品，其主要由析氫反應(HER)和析氯反應(CER)兩種反應組成。迄今為止，該領域應用的最先進的催化劑仍然是尺寸穩定陽極(DSA)，主要以貴金屬Ir或Ru的氧化物作為活性中心并以Ti基金屬板作為導電襯底組成。因此，有必要開發新型催化劑。

清華大學王定勝教授等人提出了一種錨定在單原子載體(SAS)上的有機催化劑。對HER和CER均表現出較高的催化效率，在10 mA下過電位分別為21 mV和20 mV cm^-2。在工業條件下，與商業系統相比，在兩個電極上使用這種催化劑的能耗降低了1.2%。基于這種新型催化劑及其高活性，證明了修飾非共價相互作用的機理對催化劑的設計是有效的。本研究不僅為氯堿工業提供了高效的催化劑，而且指出了SACs也可以作為載體，為下一步SACs和有機分子的發展提供了新的思路。

相關工作以《Organocatalyst Supported by a Single-Atom Support Accelerates both Electrodes used in the Chlor-Alkali Industry via Modification of Non-Covalent Interactions》為題在《Angewandte Chemie International Edition》上發表論文。值得注意的是，這也是王定勝教授在《Angewandte Chemie International Edition》上發表的第57篇論文。

往期報道可見：

圖文導讀

圖1.?理論設計的過程

首先，運用DFT計算找出多羥基有機催化劑(記為OHs)的非共價相互作用，并檢驗其是否真正適合加速反應。為了充分了解其性質，進行了電子密度、電子定域函數(ELF)和電勢分析。首先分析了電極上分子的結構。結構優化后，從圖1b的藍色圓圈中可以看出，存在分子濃度形成的“通道”。這些通道可能有助于對反應物的吸附和大量運輸。為了證明此假設，計算了高能粒子碰撞和高能粒子碰撞過程中的吉布斯能。從圖1c和圖d可以看出，在HER過程中，多羥基有機催化劑的加入從-0.12 eV降低到0.01 eV，這意味著HER過程大大加快。同樣地，氯離子的吸附也被固定，這反映在吉布斯能從0.12 eV到0.05 eV的變化上。

在證明了OHs確實對HER和CER都有積極影響之后，有必要了解其原因。從電子定域函數(圖1e和圖f)可以看出，隨著氯原子的吸附，Cl之間的電子具有高的離域性。換句話說，Cl可能與周圍的原子(例如氫原子)形成弱的、類似離子的非共價相互作用。非共價相互作用的形成為吸附和電子轉移步驟提供了額外的幫助。HER中的過程也類似，其中氧原子起作用。

除了OHs對反應物的影響外，對Pt SAS也有影響。根據Bader電子分析(圖1g)，隨著OHs的加入，孤立Pt位點的價態由+0.75增加到+0.81。結果表明，OHs與SAS之間存在電子轉移和相互作用。帶正電的環境有利于陰離子的吸附而減弱陽離子的吸附，這與計算活度一致。此外，引入OHs后，電位分析在5-7 ?處出現了一個新的峰(圖1h)，這意味著存在一個新的活化能低的電位位點。更重要的是，隨著羥基的加入，整個電位轉移到更高的值，這可能表明在反應過程中電子轉移的效率更高。

通常情況下，催化劑只在氧化或還原中表現良好。而有機催化劑和非共價相互作用彌補了這一不足，為實現雙功能催化劑提供了新的途徑。綜上所述，在理論設計的基礎上，明確了OHs和SAS的作用，并將在下一節的電化學測試中進一步證明其高效性。

圖2. 結構表征

以負載單原子Pt的碳納米管為載體(Pt-SA)，然后采用浸漬和自旋涂覆的方法在SAS表面沉積不同的有機催化劑，形成分子層，制備了Pt-SA-OH。TEM未觀察到團簇或納米顆粒，而HADDF-STEM圖像中可見亮點(圖2a、b)，證實Pt SAS的形成，通過ICP-MS計算Pt的負載量為0.08 wt%。

為了進一步探索Pt-SA-OH上Pt位點的電子結構，進行了XPS和XAS測量，進一步驗證了Pt SAS和OHs的存在及其電子狀態。如圖2d的XAS結果所示，Pt-SA-OH的白線峰強度位于Pt箔和PtO₂之間，說明Pt的價態在0~+4之間。這可能是由于孤立的Pt位點、相鄰的氮原子和羥基之間的氧化效應和電子轉移。圖2e的擬合結果顯示，位于1.6 ?的峰，主要對應Pt-N路徑和Pt-O路徑，擬合得到Pt-N(O)配位數為4.8。這意味著除了四個氮原子的配位外，羥基可能靠近Pt位點。此外，圖2f中的WT顯示，由于Pt-N和Pt-O散射的貢獻，在5~5.8 ?^-1附近有一個強度最大值，PtO₂的WT證實了Pt-O路徑的存在。從圖2f還可以看出，OHs錨定后光譜強度明顯增加，只出現一個主峰，進一步證明了OHs的存在。

圖3. 電化學表征

Pt-SA-OH的合成和表征完成后，進行了電化學驗證。以石墨棒為對電極，分別在0.5 M H₂SO₄和5 M NaCl(pH=2)溶液中測定HER和CER的活性。與其他樣品相比，Pt-SA-OH表現出最高的效率，在10 mA cm^-2下對HER和CER的過電位分別為21 mV和20 mV(圖3a和d)。同時，Pt-SA-OH在反應中表現出較高的電子轉移能力。如圖3b和e所示，在HER和CER中，-Z”分別在0 V和1.3 V時顯著降低。這些共同證明了Pt-SA-OH的高雙功能催化性能。

此外，在過電位為100 mV時，Pt-SA-OH的HER的質量活性為31802 A g^-1(圖3g)，遠高于商用HER催化劑(20 wt% Pt/C)。同樣，質量活性的提升在CER中更為明顯，Pt-SA-OH的質量活性為501624 A g^-1，是DSA的398倍(圖3h)。在長期測試中，Pt-SA-OH在HER和CER中也表現出微小的衰減(圖3i)，在實際應用中顯示出很好的應用前景。

圖4. 二電極體系

為了檢查工業條件下的雙功能特性，選擇Pt-SA-OH作為氫氣和氯氣生產的電極(圖4a)。陽極電解液為5 M NaCl(pH=2)，陰極電解液為0.5 M H₂SO₄。如圖4b所示，與DSA和PtNi合金相比，兩個電極上都有Pt-SA-OH的體系效率更高。

為了直接驗證生產，通過氣相色譜(GC)和離子色譜(IC)檢查產物的數量。在50小時的長期測試中，Pt-SA-OH在兩個電極上保持穩定的產量和~100%的選擇性。可以說，使用Pt-SA-OH，可以在兩個電極上實現高活性，為氫氣和氯氣的生產提供了另一種選擇。

圖5. 不同有機催化劑的進一步研究

在對電化學效率進行評價之后，還需要進一步了解有機催化劑所起的作用以及影響催化效率的關鍵性質。因此，可以選擇不同的OHS負載到Pt SAS上(圖5a)。從圖5b可以看出，環狀的羥基表現出較高的活性。這可能是由于圓形分子更容易形成反應物通道。因此，選擇4~8個環的數量來評價效率。如圖5b所示，隨著環數的增加，活性緩慢降低，這可能是由于環的空間位阻效應較大。羥基對于形成非共價相互作用也很重要，如靜電相互作用和氫鍵相互作用。

以纖維素為例，進行了拉普拉斯電子、ELF和相互作用區域指標(IRI)分析。如圖5c所示，在氧原子和氫原子周圍的等高線上存在斷續。這些斷裂是非共價相互作用形成的可能方向。氧原子和氫原子周圍的極低頻接近于1(圖5d)，在分子內部形成共價鍵。此外，IRI結果顯示(圖5e)，原子之間有許多綠色區域，這歸因于弱分子內相互作用的形成。在負載到SAS上后，羥基自組裝到通道中，這些分子內相互作用在一起加強并加速了反應。

文獻信息

Organocatalyst Supported by a Single-Atom Support Accelerates both Electrodes used in the Chlor-Alkali Industry via Modification of Non-Covalent Interactions，Angewandte Chemie International Edition，2024.

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202314382

原創文章，作者：wdl，如若轉載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.zzhhcy.com/index.php/2024/01/21/c755c2ce69/

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

Nature之后，他再發第57篇Angew！

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

Nature之后，他再發第57篇Angew！

相關推薦