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北京科技大學Nano Energy：構建MoO2/Ni3S2異質結界面，增強堿性HER活性

氫氣作為一種清潔的可再生能源，被廣泛認為是未來燃料來源的主要候選著之一。利用可再生電力驅動的電化學水分解技術顯示出作為可持續制氫方法的巨大潛力。在工業環境中，堿性水電解能夠克服對昂貴的質子交換膜的需求，并增強陽極上發生的析氧反應(OER)的緩慢的動力學，同時提高金屬基催化劑的耐久性。

然而，由于堿性水電解需要額外的水分子解離反應，堿性HER的轉換效率相對于酸性電解質較低，這不可避免地增加了HER的活化能壘。鉑(Pt)基催化劑在酸性介質中被認為是最有效的HER電催化劑，但由于其緩慢的水解離能力，在堿性電解質中工作時，其轉化效率會降低2-3個數量級。因此，開發穩定、高產的堿性HER電催化劑是降低過電位、提高水電解過程整體能效的有效途徑。

近日，北京科技大學單艾嫻和王榮明等通過一步水熱反應在泡沫鎳上制備了自支撐的MoO₂納米球修飾的Ni₃S₂異質結構納米棒陣列(MoO₂/Ni₃S₂/NF)。實驗結果表明，MoO₂納米球和Ni₃S₂納米棒形成的獨特異質界面極大地提高了HER活性，使得MoO₂/Ni₃S₂/NF電極在堿性介質中表現出74.0 mV的小過電位(10 mA cm^?2)和85.2 mV dec^?1的Tafel斜率。

本研究采用泡沫鎳作為載體，不僅可以有效緩解催化劑粉末脫落問題，從而提升系統的整體性能，而且其三維網絡結構可以促進電荷的快速轉移，顯著提高其比表面積，從而提升催化性能。因此，該催化劑在長時間析氫過程中表現出顯著的穩定性。

更重要的是，MoO₂/Ni₃S₂異質結內部強烈的電子耦合效應通過局域電子重構改變了異質界面的電子結構，有助于高效電子轉移到活性位點，優化了反應中間體的結合能，賦予MoO₂/Ni₃S₂催化劑良好的電催化HER活性。

此外，理論計算結果表明，MoO₂/Ni₃S₂異質界面可以很好地降低水的解離勢壘，優化H在電催化劑表面的吸附能力從而提高反應動力學。總的來說，該項工作為制備堿性環境下高效穩定的HER催化劑提供了一種經濟有效的界面工程策略。

Enhanced alkaline hydrogen evolution reaction of MoO₂/Ni₃S₂ nanorod arrays by interface engineering. Nano Energy, 2024. DOI: 10.1016/j.nanoen.2024.109299

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