麻花传剧mv在线看星空影视,免费乱理伦片在线观看,精品国产乱码久久久久夜深人妻

電催化“達人”！IF合計約150！985在讀博士，一作已發(fā)2篇Angew，1篇Science子刊、EES...

成果介紹

在惡劣的海水條件下開發(fā)高性能的制氫電催化劑是一項具有挑戰(zhàn)性的工作。大連理工大學楊明輝教授團隊提出了通過引入一個保護性的V₂O₃層來調節(jié)微催化環(huán)境，并創(chuàng)建由低負載Pt和Ni₃N組成的原位雙活性位點。該催化劑在500 mA cm^-2下具有80 mV的超低過電位，質量活性是Pt-C的30.86倍，可在海水中穩(wěn)定運行至少500小時。此外，組裝的陰離子交換膜水電解槽(AEMWE)即使在苛刻的工業(yè)條件下也表現出優(yōu)異的活性和耐久性。原位pH分析闡明了V₂O₃層的微催化環(huán)境調節(jié)機制，它作為路易斯酸層的作用通過在電極表面產生大量OH^–，在電雙層中形成局部強堿性環(huán)境，過量帶負電荷的OH^–排斥Cl^–，減輕Cl^–腐蝕和堿土鹽沉淀。使用V₂O₃的催化劑保護策略為大規(guī)模可持續(xù)的綠色制氫提供了一種有前景且具有成本效益的方法。

相關工作以《Efficient and durable seawater electrolysis with a V₂O₃-protected catalyst》為題在《Science Advances》上發(fā)表論文。第一作者：扈華帥(大連理工大學環(huán)境學院2021級博士生)

圖文導讀

圖1 Pt-Ni₃N@V₂O₃/NF的結構表征

本文用水熱法制備了納米花狀結構的氫氧化物前體，如圖所示。隨后，在NH₃氣體中煅燒得到Ni₃N和V₂O₃的復合材料，在催化劑表面形成大量粗糙的多孔結構。將Ni₃N@V₂O₃/NF前驅體置于室溫下的H₂PtCl₆水溶液中，構建Pt-Ni₃N@V₂O₃/NF(泡沫鎳)。理論計算也證實了Pt納米粒子優(yōu)先在V₂O₃表面而不是Ni₃N表面形成。

圖2 Pt-Ni₃N@V₂O₃/NF的電子結構

在高分辨率Ni 2p XPS譜圖中(圖2A)，大約853 eV的峰對應于Ni₃N@V₂O₃/NF、Pt-Ni₃N/NF和Pt-Ni₃N@V₂O₃/NF中的部分帶正電的Ni物種。與Ni₃N@V₂O₃/NF相比，Pt-Ni₃N@V₂O₃/NF中Ni(II)和Ni(+)的結合能明顯向更高的方向轉變(圖2A)。這種轉變表明，在引入V₂O₃之后，Ni的電荷轉移加劇，導致Ni氧化到更高的氧化態(tài)。此外，高分辨V 2p XPS光譜表明，Pt-Ni₃N@V₂O₃/NF催化劑的V(III)含量(21.7%)明顯低于Ni₃N@V₂O₃/NF催化劑(64.9%)(圖2B)。這表明V₂O₃表面部分氧化，促進了Pt⁴⁺的原位還原。Pt-Ni₃N@V₂O₃/NF中Pt金屬和N 1s的特征峰也出現了正位移(圖2C)，進一步證實了Pt和Ni₃N雙活性位點之間的強相互作用。

Ni₃N@V₂O₃/NF和Pt-Ni₃N@V₂O₃/NF的Ni的K邊XANES光譜與Ni箔非常相似(圖2D)，表明Ni主要存在于金屬相中。引入Pt后，與Ni₃N@V₂O₃/NF相比，Pt-Ni₃N@V₂O₃/NF中的Ni的K邊向更高的結合能移動，表明Ni的電荷損失和更高的平均價態(tài)，與圖2A中Ni(II)的結合能正移0.30 eV一致。圖2E中Ni₃N@V₂O₃/NF和Pt-Ni₃N@V₂O₃/NF的V的K邊與V₂O₃的K邊幾乎相同，這為兩種樣品中都存在V₂O₃提供了額外的有力證據。放大后的插圖表明Pt-Ni₃N@V₂O₃/NF的V的K邊略微向更高結合能方向移動，表明V₂O₃作為原位還原層還原Pt⁴⁺后V的平均價態(tài)增加，這與XPS數據一致。通過Pt-Ni₃N@V₂O₃/NF中Pt的L₃邊緣與Pt箔邊緣的接近以及與Pt的顯著差異，證實了Pt在Pt-Ni₃N@V₂O₃/NF中作為主要金屬相的存在(圖2F)。值得注意的是，隨著Pt的加入，Pt-Ni₃N@V₂O₃/NF中的Ni-N鍵長增加，而Ni-Ni鍵長減少，這表明Pt和Ni₃N之間發(fā)生了強烈的電荷轉移，Ni₃N發(fā)生了晶格畸變(圖2G)。

圖3 1 M KOH條件下電催化劑的HER性能

LSV曲線顯示，Pt-Ni₃N@V₂O₃/NF具有最低的過電位，只需15 mV即可達到10 mA cm^-2的電流密度，低于其他參考催化劑，包括商用Pt-C/NF (20 wt %)(圖3A)。Pt的加入顯著提高了Ni₃N@V₂O₃/NF的催化活性，表明Pt是主要的活性中心，與Pt的高本征活性和導電性密切相關。此外，V₂O₃原位還原層的加入使Pt-Ni₃N/NF的過電位降低了60.1%，而Pt-Ni₃N@V₂O₃/NF只需要68.4 mV的過電位就能達到500 mA cm^-2的工業(yè)級電流密度，這是迄今為止報道的最佳性能(圖3B)。在過電位為60 mV時，Pt-Ni₃N@V₂O₃/NF的電流密度為374.4 mA cm^-2，是Pt-Ni₃N/NF的5倍，具有優(yōu)異的催化活性。

如圖3C所示，Pt-Ni₃N@V₂O₃/NF的Tafel斜率僅為20.5 mV dec^-1，遠低于Pt-Ni₃N/NF、Ni₃N@V₂O₃/NF和Pt-C/NF。這表明Pt-Ni₃N@V₂O₃/NF遵循更有利的Volmer-Tafel反應動力學機制，其中兩個吸附的質子重組形成氫分子是速率決定步驟。Pt-Ni₃N@V₂O₃/NF的電荷轉移電阻(R_ct)略高于Pt-C/NF，但低于Pt-Ni₃N/NF(圖3D)，表明其電荷轉移能力增強。

不同掃描速率的CV曲線顯示，Pt-Ni₃N@V₂O₃/NF具有最大的雙層電容[與電化學比表面積(ECSA)呈線性正相關]，測量值為157.1 mF cm^-2，是Pt-Ni₃N/NF的1.9倍(圖3E)。這一結果還表明，從電化學的角度來看，V₂O₃原位還原層促進了Pt位點的分散，從而大大增加了活性位點的數量。Pt-Ni₃N@V₂O₃/NF在低電位下表現出與Pt-C/NF相似的TOF值，但隨著電位的增加，其TOF值迅速超過Pt-C/NF(圖3F)，顯示出其異常高的本征催化活性。以上動力學數據證實了V₂O₃原位還原層可以大大提高Pt和Ni₃N的活性。

圖4 電催化劑在1 M KOH+海水中的HER性能

從圖4A可以看出，Pt-Ni₃N@V₂O₃/NF即使在海水中也保持著最高的催化活性，只需要21、47和80 mV的過電位就可以分別達到10、100和500 mA cm^-2的電流密度，表現出優(yōu)異的耐海水能力。Tafel斜率值為23.4 mV dec^-1，表明Pt-Ni₃N@V₂O₃/NF仍然遵循Volmer-Tafel動力學機制(圖4B)。與Pt-Ni₃N@V₂O₃/NF相比，Pt-Ni3N/NF在電流密度僅為100 mA cm^-2時表現出嚴重的衰減，進一步證實了V₂O₃的“鎧甲”效應。值得注意的是，CP曲線顯示了Pt-Ni₃N@V₂O₃/NF的穩(wěn)定性，它可以在500 mA cm^-2的電流密度下連續(xù)工作500小時(圖4C)。

圖4D顯示了引入V₂O₃層后Pt-Ni₃N@V₂O₃的局部pH迅速增加，最終穩(wěn)定在14左右。曲線上出現波動可歸因于H₂氣泡可能的干擾。相比之下，Pt-Ni₃N表面的局部pH約為11。上述結果清楚地表明，當硬Lewis酸層(V₂O₃)包覆在Pt-Ni₃N雙活性位點上時，電極表面產生大量OH^–，在電雙層中形成局部強堿性環(huán)境。過量帶負電荷的OH^–排斥具有相同電荷極性的Cl^–，有效抑制海水中Cl^–對Pt-Ni₃N活性位點的侵蝕(圖4、E和F)。

圖5 DFT計算

Pt納米粒子與載體之間的鍵合特性可以通過-pCOHP來解釋。與Pt-Ni₃N相比，Pt-Ni₃N@V₂O₃減少了反鍵態(tài)的填充，增加了鍵態(tài)的強度，有利于形成穩(wěn)定的鍵(圖5、A和B)。上述分析表明，V₂O₃保護層為Pt納米粒子提供了最強的金屬-載體相互作用。

與Pt-Ni₃N/NF相比，Pt-Ni₃N@V₂O₃/NF的水分子吸附結構模型的差分電荷密度表現為水分子周圍有更明顯的電子耗盡層，電子重排增強(圖5、C和D)。這說明V₂O₃增強了水分子的極化，促進了水分解的動力學過程。與Pt-Ni₃N/NF相比，Pt-Ni₃N@V₂O₃/NF的費米能級表現出更高的態(tài)密度，表明更高的電導率和有利的電子遷移率(圖5E)。水分子在Pt-Ni₃N@V₂O₃/NF上的高吸附能有利于后續(xù)水分子解離成H*中間體。該特性提高了Pt-Ni₃N@V₂O₃/NF的HER整體效率。

圖6 AEM電解槽性能

Efficient and durable seawater electrolysis with a V₂O₃-protected catalyst，Science Advances，2024.

原創(chuàng)文章，作者：計算搬磚工程師，如若轉載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.zzhhcy.com/index.php/2024/05/21/b5aa2be5df/

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

電催化“達人”！IF合計約150！985在讀博士，一作已發(fā)2篇Angew，1篇Science子刊、EES…

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

電催化“達人”！IF合計約150！985在讀博士，一作已發(fā)2篇Angew，1篇Science子刊、EES…

相關推薦