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【DFT+實(shí)驗(yàn)】Angew.：d-NiFe-LDH實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定的水氧化

非貴金屬基析氧反應(yīng)（OER）電催化劑的低活性和低穩(wěn)定性嚴(yán)重限制了其在各種電化學(xué)能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用。

基于此，德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的余桂華教授、中南大學(xué)賴延清教授、田忠良教授和周言根教授等人報(bào)道了一種防止局部酸性微環(huán)境形成、增強(qiáng)OER催化劑內(nèi)在活性的總體策略，即產(chǎn)生高密度陽離子缺陷，與局部富堿環(huán)境耦合作為OER催化位點(diǎn)。以LDH材料，特別是NiFe-LDH為例，其中先進(jìn)的高無序NiFe-LDH（d-NiFe-LDH）在10 mA cm^?2電流密度下可提供170 mV的超低過電位，并具有出色的長(zhǎng)期耐用性（超過900 h），是目前OER催化劑中性能最好的NiFe-LDH。

通過DFT計(jì)算，作者研究了d-NiFe-LDH上OER反應(yīng)的機(jī)理。作者提出了LDHs的OER路徑為4個(gè)電化學(xué)步驟和一個(gè)基于LOM的非電化學(xué)O₂解吸步驟。

Fe摻入在增強(qiáng)活性和穩(wěn)定性方面起著重要作用，作者提出了兩個(gè)相鄰的晶格氧鍵連接到Fe位點(diǎn)進(jìn)行O-O耦合。作者還計(jì)算無缺陷、單陽離子缺陷和雙陽離子缺陷的NiFe-LDH模型上OER的每個(gè)基本步驟的吉布斯自由能，以了解d-NiFe-LDH的OER活性。

此外，無缺陷或單陽離子缺陷的NiFe-LDH上OER的速率決定步驟是O₂的析出，與其他報(bào)道的常規(guī)氫氧根的結(jié)果一致。形成陽離子缺陷特別是雙陽離子缺陷可以有效地降低O₂析出的能量，因?yàn)槲龀龅腛₂與無缺陷的3個(gè)金屬位點(diǎn)成鍵，單陽離子缺陷的2個(gè)金屬位點(diǎn)成鍵，極性缺陷的1個(gè)金屬位點(diǎn)成鍵。

結(jié)果表明，在無缺陷模型下，過電位從0.96 eV下降到雙陽離子缺陷模型下的0.47 eV。雙陽離子缺陷上的不同速率決定步驟可能是由于在O₂析出過程中金屬-氧鍵被破壞的較少。對(duì)于多陽離子缺陷，析出的O₂結(jié)合在一個(gè)金屬位點(diǎn)上，因此其速率決定步驟與雙陽離子缺陷相同，過電位極低。

High-Density Cationic Defects Coupling with Local Alkaline-Enriched Environment for Efficient and Stable Water Oxidation. Angew. Chem. Int. Ed., 2023.

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