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原子精密金屬納米團簇(NC)已經成為電化學CO₂還原反應(CO₂RR)的一類研究廣泛的模型催化劑。然而，在炔基保護的金屬納米簇(NC)中，界面環境(例如，電位，陽離子濃度)和電子-質子轉移(ET/PT)動力學之間的相互作用是如何隨著外加電位的變化而演化的，在理論上還存在著很大的差距。這需要在真實的電化學環境下對炔基保護的NC如何與反應中間體相互作用進行精確的原子尺度模擬。

近日，重慶大學唐青、山東理工大學王立開和華南理工大學唐正華等采用第一性原理模擬和電化學實驗相結合的方法，首次全面研究了電位效應和陽離子效應在調節Ag₁₅團簇/電解質界面CO₂RR動力學中的作用。

計算表明，所施加的還原電位顯著地促進了-C≡CR基團的刻蝕并暴露了反應性Ag位點。電位和Na⁺陽離子效應的比較分析揭示了不同但互補的作用，其中通過在活性中心積累更多的負電荷，在較低電位(<-0.51 V)下增強CO₂活化，而球內區域存在的Na⁺陽離子通過形成Na⁺-CO₂復合物促進CO₂活化。

隨后水介導的質子轉移步驟(*CO₂→*COOH→*CO)被內球Na⁺離子大大增強，其與*COOH中間體相互作用并進一步促進通過局部誘導的堿性環境的水解離，確保快速的質子轉移。

催化劑上反應中間體自由能圖強調了CO₂RR優于HER的催化性能，這歸因于電位和Na⁺離子在提高CO₂RR選擇性同時抑制氫吸附的協同效應。隨著電解液中NaCl濃度的增加，FE_CO和j_CO的值增加，在0.1 M時達到最大值；隨著NaCl濃度的進一步增加，FE_CO和j_CO的值下降，說明電催化CO₂RR性能與Na⁺離子濃度有很強的依賴性。

總的來說，該項研究極大地加深了我們對金屬-配體界面電化學機制的理解，并為通過調節電解質溶液中的陽離子濃度來優化CO₂RR性能提供了一種有前途的策略。

Understanding the role of potential and cation effect on electrocatalytic CO₂ reduction in all-alkynyl-protected Ag₁₅ nanoclusters. Journal of the American Chemical Society, 2024. DOI: 10.1021/jacs.4c15112

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計算+實驗！重慶大學JACS：揭示金屬-配體界面電化學CO2RR機制

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