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廈大/常熟理工/蘇州納米所?EES: 調制Ru晶相，促進Ru-Sn催化堿性HOR

陰離子交換膜燃料電池(AEMFCs)可以將水分解產生綠色氫氣(H₂)和將太陽能轉化為電能，可以有效緩解當前能源危機和環境問題，受到人們越來越多的關注。然而，AEMFCs的陽極反應，即氫氧化反應(HOR)，在堿性條件下動力學緩慢。同時，對于具有高HOR活性的鉑(Pt)催化劑，其在堿性條件下的HOR反應動力學比酸性條件下低兩個數量級，需要高的負載量，這嚴重阻礙了AEMFCs的實際應用和大規模發展。因此，開發低成本、高效的堿性HOR催化劑具有重要意義。

釕(Ru)對H₂的親和力與Pt相似，可以替代Pt作為HOR催化劑。Ru的活性受到其在堿性條件下動力學緩慢、穩定性不佳和CO中毒的限制。基于此，廈門大學黃小青、常熟理工學院耿洪波和中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所徐勇等開發出一種具有復合fcc相和hcp相Ru的Ru-Sn納米花(fcc_x Ru-Sn，x表示fcc相比)，其在堿性條件下可以作為高效的HOR催化劑。

實驗結果和理論計算表明，對于最優的fcc_0.42 Ru-Sn催化劑，其fcc/hcp異質界面的協同作用調節了Ru位點的d帶中心，減弱H_ad/CO吸附，同時強界面協同作用促進了CO氧化，從而顯著增強HOR動力學和CO耐受性。

性能測試結果顯示，fcc_0.42 Ru-Sn催化劑在50 mV電位下的質量活性和比活性分別為4.9 A mg_Ru^?1和6.7 mA cm_ECSA^?2，hcp Ru/C是9.8倍和7.4倍，甚至超過超過商業Pt/C和其他最近報道的催化劑。

此外，用fcc_0.42 Ru-Sn組裝的燃料電池的功率峰值密度(PPD)為12.46 W mg_Ru^?1，并且當100 ppm CO引入原料氣時，燃料電池的PPD為0.431W cm^?2，遠遠高于基于Pt/C的燃料電池。還有就是，在80 °C下，該燃料電池在0.2 A cm^?2的恒電流下連續運行50小時后，電位保留了70%，顯示出巨大的實際應用潛力。

總的來說，該項研究提出了一種通過界面協同增強堿性HOR性能和燃料電池的策略，為開發高效的HOR催化劑提供了思路。

Phase and interface engineering of a Ru-Sn nanocatalyst for enhanced alkaline hydrogen oxidation reaction. Energy & Environmental Science, 2024. DOI: 10.1039/D4EE02010C

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