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第一作者：Zhenyu Li

通訊作者：汪國雄

通訊單位：中國科學院大連化學物理研究所

論文速覽

陽極析氧反應（OER）動力學緩慢和相應的銥（Ir）基催化劑催化性能不足仍然是質子交換膜水電解槽（PEMWE）面臨的巨大挑戰。

本文報道了一種KIr₄O₈納米線催化劑，該催化劑具有更多的活性位點和豐富的羥基，能夠在質子交換膜水電解槽（PEMWE）中表現出優異的OER性能。KIr₄O₈納米線作為陽極催化劑，僅需1.68 V的電壓下即可達到1.0 A/cm2的電流密度，并且在PEMWE中實現了長達1230 h的催化穩定性。

結合原位拉曼光譜和差分電化學質譜的結果顯示，KIr₄O₈納米線中豐富的羥基直接參與了催化過程，有利于OER。密度泛函理論（DFT）計算進一步表明，KIr₄O₈中Ir (d)和O (p)帶中心的增強接近性可以加強Ir-O的共價性，促進吸附物與活性位點之間的電子轉移，并降低OER過程中從OH*到O*的速率決定步驟的能壘。

圖文導讀

圖1：KIr₄O₈的晶體結構，合成KIr₄O₈納米線的示意圖，XRD、SEM和高分辨率HAADF表征。

圖2：KIr₄O₈和IrO₂樣品的傅里葉變換EXAFS光譜以及XANES光譜。

圖3：KIr₄O₈和IrO₂在0.5 M H₂SO₄溶液中OER的LSV曲線，KIr₄O₈和IrO₂樣品的雙層電容（Cdl）。

圖4：KIr₄O₈催化劑在0.5 M H₂SO₄中OER的原位拉曼光譜，KIr₄O₈和IrO₂催化劑OER的脈沖伏安法電流響應測量。

圖5：KIr₄O₈和IrO₂在Ir位點上OER的吉布斯自由能圖，KIr₄O₈和IrO₂的理論過電位、態密度。

圖6：PEMWE中陽極析氧和陰極析氫的示意圖。

總結展望

本研究成功合成了富含羥基的KIr₄O₈納米線催化劑，該催化劑具有更多的活性位點和直接參與催化過程的羥基，促進了OH*中間體的去質子化形成O*。KIr₄O₈中Ir (d)和O (p)帶中心的接近性增強，加強了Ir-O的共價性，促進了吸附物與活性位點之間的電子轉移，并降低了OER過程中的能壘，從而實現了優異的催化性能。

此外，KIr₄O₈納米線陽極催化劑在PEMWE中顯示出工業級的電流密度和高穩定性。本工作結合了調節電子結構和形貌的兩種策略，開發出高活性和穩定的OER催化劑。

文獻信息

標題：KIr₄O₈ Nanowires with Rich Hydroxyl Promote Oxygen Evolution Reaction in Proton Exchange Membrane Water Electrolyzer

期刊：Advanced Materials

DOI：10.1002/adma.202402643

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