国产三级精品三级在线观看,国产高清无码在线观看,中文字幕日本人妻久久久免费,亚洲精品午夜无码电影网

Small Methods：Er2O3-Co的自旋選擇性耦合促進(jìn)電催化氧還原

堿性氧還原反應(yīng)(ORR)是電化學(xué)能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的核心。然而，由于多質(zhì)子/電子耦合步驟和氧中間體的吸附，ORR的緩慢動(dòng)力學(xué)往往顯著地抑制了燃料電池的效率。為了滿(mǎn)足未來(lái)能源系統(tǒng)的需要，有必要優(yōu)化ORR催化劑的本征電催化性能。由于O₂分子的三重基態(tài)，ORR中的電子轉(zhuǎn)移特性通常具有自旋依賴(lài)性，其中沿著還原過(guò)程的自旋相關(guān)的釘扎效應(yīng)允許對(duì)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行合理的調(diào)節(jié)。

理論上，基態(tài)O=O鍵的活化涉及兩個(gè)態(tài)的擾動(dòng)，它們的能壘分別是1.0 eV和1.6 eV。這種電子態(tài)的激發(fā)涉及自旋交叉過(guò)程，即O₂的三重態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閱螒B(tài)。然而，Wigner的自旋守恒定律表明，化學(xué)反應(yīng)中自旋角動(dòng)量的變化會(huì)導(dǎo)致高的活化勢(shì)壘。因此，電催化劑的設(shè)計(jì)應(yīng)引導(dǎo)自旋選擇性調(diào)控以提高ORR性能。

基于此，南京師范大學(xué)唐亞文和付更濤(共同通訊)等人通過(guò)將Er₂O₃-Co顆粒均勻注入到碳納米纖維中(Er₂O₃-Co/CNF)，成功制備出一種通過(guò)自旋選擇性耦合增強(qiáng)ORR性能的莫特-肖特基(Mott-Schottky)催化劑。

本文在飽和O₂的0.1 M KOH溶液中，采用典型的三電極體系，研究了Er₂O₃-Co/CNF的ORR電催化性能。為了優(yōu)化催化劑的ORR活性，本文通過(guò)調(diào)整Er/Co(A/B)的摩爾比和煅燒溫度制備了不同的Er₂O₃-Co/CNF催化劑。根據(jù)測(cè)試結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，在A/B=0.8/1和800 ℃條件下得到的Er₂O₃-Co/CNF對(duì)ORR表現(xiàn)出最佳的電催化活性。在O₂中測(cè)試時(shí)，催化劑的循環(huán)伏安曲線上明顯可見(jiàn)典型的陰極還原峰，證實(shí)了其對(duì)ORR的電催化活性。

此外，與Co/CNF(0.720 V_RHE)和Er₂O₃/CNF(0.703 V_RHE)相比，Er₂O₃-Co/CNF(0.782 V_RHE)的還原峰表現(xiàn)出明顯的正移，甚至接近Pt/C(0.794 V_RHE)，這再次表明其具有優(yōu)異的ORR性能。

之后，根據(jù)催化劑的ORR線性掃描伏安極化曲線還可以發(fā)現(xiàn)，與Er₂O₃/CNF和Co/CNF相比，Er₂O₃-Co/CNF表現(xiàn)出更高的ORR質(zhì)量歸一化活性。Er₂O₃-Co/CNF不僅具有與Pt/C(0.989 V_RHE)相當(dāng)?shù)?.982 V_RHE的高起始電位(E_onset)，而且具有≈0.835 V_RHE的最大正半波電位(E_1/2)，超過(guò)了Co/CNF(0.815 V_RHE)和Er₂O₃/CNF(0.703 V_RHE)。

為了分析催化劑催化表面的電化學(xué)過(guò)程，本文進(jìn)行了密度泛函理論(DFT)計(jì)算，得出了表面Pourbaix圖，表明了催化劑穩(wěn)定性與pH值和電位的函數(shù)關(guān)系。根據(jù)Pourbaix圖可以發(fā)現(xiàn)，在0~0.1 V的偏置電壓范圍內(nèi)，Er₂O₃(111)最易接近的表面應(yīng)被2*OH覆蓋，對(duì)應(yīng)于pH=13時(shí)得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(0.769和0.869 V_RHE)。

考慮到H₂O分子分解產(chǎn)生的表面2*OH的覆蓋效應(yīng)，本文通過(guò)考慮^*OOH、^*O和^*OH，進(jìn)一步研究了ORR的自由能變化。對(duì)于Er₂O₃-Co中活躍的Er-O-Co位點(diǎn)，電位限制步驟(PDS)為從*OOH到*O的轉(zhuǎn)變，也稱(chēng)為O=O鍵的斷裂。

基于PDS，Er₂O₃-Co的極限電位為0.77 V_RHE，大于Er₂O₃的極限電位(0.66 V_RHE)，這表明Er₂O₃-Co在ORR過(guò)程中放電能力增強(qiáng)。這種增強(qiáng)的ORR性質(zhì)也可以從Er-O-Co位點(diǎn)在Er₂O₃-Co中的獨(dú)特作用來(lái)解釋。

隨著局域化Er-O-Co位點(diǎn)的構(gòu)建，誘導(dǎo)的Co位點(diǎn)提供了額外的自旋向上空穴，減小了Er₂O₃的帶隙并調(diào)控了Co(3d)-O(2p)的共價(jià)，其中Co-3d態(tài)在z方向上的自旋向上空穴還可導(dǎo)致吸附體中Co位點(diǎn)與O原子之間的鐵磁交換，有助于Er-O-Co位點(diǎn)與氧中間體之間的相互作用。總之，本研究為通過(guò)自旋選擇性交換效應(yīng)提高催化劑的ORR性能提供了一個(gè)成功的實(shí)例。

Spin-Selective Coupling in Mott–Schottky Er₂O₃-Co Boosts Electrocatalytic Oxygen Reduction, Small Methods, 2023, DOI: 10.1002/smtd.202300100.

https://doi.org/10.1002/smtd.202300100.

原創(chuàng)文章，作者：Gloria，如若轉(zhuǎn)載，請(qǐng)注明來(lái)源華算科技，注明出處：http://m.xiubac.cn/index.php/2023/10/07/f54780d736/

国产三级精品三级在线观看,国产高清无码在线观看,中文字幕日本人妻久久久免费,亚洲精品午夜无码电影网

Small Methods：Er2O3-Co的自旋選擇性耦合促進(jìn)電催化氧還原

相關(guān)推薦