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【DFT+實驗】劉宏/徐彩霞NML：FeNiZn/FeNi3異質結的低自由能界面耦合，助力高效全水分解

堿性溶液中的電化學水分解是利用可再生間歇能源發電生產清潔和可持續氫能的最有前景的綠色技術。然而，由于析氫反應(HER)和析氧反應(OER)緩慢的動力學導致的水電解需要大的反應過電位，從而導致功耗過高和制氫成本高。

從水分解技術的實際應用來看，開發雙功能電催化劑可以簡化操作過程，降低加工成本，因此需要不斷努力探索高效、低成本的雙功能電催化劑，以促進水電催化在制氫中的廣泛應用。

近日，濟南大學劉宏和徐彩霞等在NiFe泡沫表面層中原位構建高性能雙功能互穿相FeNiZn和FeNi₃金屬間異質結構(FeNiZn/FeNi₃@NiFe)。

最優的FeNiZn/FeNi₃@NiFe-24 h催化劑對OER和HER均表現出優異的電催化性能，具有較低的過電位和長期耐久性。利用FeNiZn/FeNi₃@NiFe-24 h作為陰極和陽極的水電解槽僅需1.578/1.759/1.919 V的電池電壓就能達到100/500/1000 mA cm^?2電流密度，并且其在1.83 V電壓下連續運行100小時后電流密度仍保留初始值的92.5%，性能遠優于Pt/C@NiFe (?)| |RuO₂@NiFe(+)電解槽。

實驗結果和理論計算表明，FeNiZn/FeNi₃@NiFe-24 h作為雙功能電催化劑性能優異的原因可歸因于：在微孔NiFe泡沫中原位構建的雙功能納米多孔結構增加了活性中心的密度，從而確保了高效的傳質，而相互連接的空心通道可以促進電解質的傳輸以及與活性中心的完全接觸；集成的三維多尺度多孔結構有利于提高材料的抗氧化性和抗腐蝕性，從而賦予材料強大的結構穩定性和催化耐久性；FeNiZn合金與FeNi₃金屬間化合物之間的強協同作用，從合金化效應、界面耦合和結構效益等方面產生了激發電子調制，這些結構優勢可以產生多種協同作用，以優化吸附/解吸反應物，從而實現HER和OER活性。

Duplex Interpenetrating-Phase FeNiZn and FeNi₃ Heterostructure with Low-Gibbs Free Energy Interface Coupling for Highly Efficient Overall Water Splitting. Nano-Micro Letters, 2023. DOI: 10.1007/s40820-023-01066-w

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