金沙娱城js3311 22com

  • 美媒:海洋变暖导致鱼类减少 将对世界食品供应造成压力 2019-05-25
  • 为谁而炼金 游戏下载 中华网游戏大全 2019-05-25
  • 《国家相册》 第三十二集中国寻油记 2019-05-25
  • [田径]从南极到澳洲 “777马拉松”挑战极限 2019-05-25
  • 邻邦扫描:2018年韩国军情报告(5) 2019-05-25
  • 李克强出席东盟-中日韩(10+3)领导人会议 2019-05-25
  • 【两会】刘伟:运用好政府采购政策支持中小企业发展 2019-05-25
  • 315房产维权征集:深度追踪 为购房者发声!速来曝光吧! 2019-05-24
  • 山西孝义:瑞雪扮金龙山 清新美如画卷  2019-05-24
  • 您访问的页面找不回来了 2019-05-24
  • 深圳有种“基因” 引来澳洲的媒体大咖探秘 2019-05-24
  • 财政部关于举办政府采购业务培训班(第二期)的通知 2019-05-24
  • Angelababy帮粉丝现场求婚 穿白色抹胸蝴蝶礼裙美爆了 2019-05-23
  • 内蒙古赤峰市松山区政府购买社会救助服务工作有序展开 2019-05-23
  • 2019“长马”初定6月上旬举行!起点仍定在长春体育中心 2019-05-23
  • 日本汽车后视镜项目欲寻找合作伙伴落户中国

    ?北京化工大学孙晓明教授课题组实现高效稳定单原子钌催化剂的开发

    2019-04-16 13:48:05     来源:北京化工大学

    金沙娱城js3311 22com www.say-cheeeese.com 随着化石燃料的日渐枯竭,以及环境污染的日益加剧,可持续发展面临着巨大的挑战,所以开发新型清洁能源已经成为当务之急。氢能作为一种新能源,由于其存储能能量密度高,清洁无污染,受到大家的广为关注,然而对于氢能源的开发却面临着巨大的挑战。目前在众多的生产工艺中,从水中电解制氢工艺较为简单,包括氢析出反应(HER)以及氧析出反应(OER)。其中OER因其为复杂的四电子转移过程受到了研究者的广泛关注。但目前应用于催化OER的商业化贵金属催化剂(Ru、Ir)存在着价格昂贵及稳定性差等问题,严重限制了其在电解水等领域的发展。


    【成果简介】


    单原子催化剂由于最大化的原子利用率,以及高配位不饱和度带来的独特活性,成为解决电解水催化剂的不二之选。但是如何高效制备稳定的单原子催化剂,如何使单原子催化剂最大程度展现其活性成为了目前研究的挑战问题。为此,北京化工大学孙晓明教授课题组联合俄勒冈州立大学冯振兴教授课题组,借助含有过渡态非贵金属的水滑石作为基底,通过沉淀法成功制备负载型单原子钌催化剂,利用单原子钌和水滑石间的强的电子相互作用实现了高效且稳定单原子钌催化剂的开发。单原子钌负载到钴铁水滑石表面(钌含量仅为0.45 wt.%)后,不仅降低了催化剂的成本而且使催化剂表现出高的活性和稳定性。在OER过程中,其10mA/cm2电流密度下的过电位仅为198 mV,Tafel斜率仅为39 mV dec?1,性能远远优于钴铁水滑石以及商业RuO2催化剂。此外,该催化剂也展现出优异的稳定性,在给定的工作电压下,经过24小时的催化后,初始电流仅衰减1%。这一性能的提高主要归因于单原子钌和钴铁水滑石间的电子相互作用,钴铁通过氧桥键将部分电子转移到单原子钌上,使得钌处于一种特殊的状态(+1.6价),从而优化了钌活性位点的电子结构,提高了催化活性。并且原位测试发现,钌在OER工作过程中可以被钴铁水滑石稳定在低于4价的状态,避免了钌的溶解,保持了催化剂持久高效性。该新型单原子钌负载在钴铁水滑石表面的催化剂材料在未来新型电解水催化剂领域具有很大的应用潜力。该成果以题为“Boosting Oxygen Evolution of Single-Atomic Ruthenium through Electronic Coupling with Cobalt-Iron Layered Double Hydroxides”发表在在国际顶级期刊Nature Communications上。


    【图文解读】


    图1,通过透射电镜以及非原位吸收表征技术证明催化剂中钌以单原子形式存在


    ?北京化工大学孙晓明教授课题组实现高效稳定单原子钌催化剂的开发


    通过沉淀法制备分散在钴铁水滑石表面的单原子钌催化剂,球差矫正电镜和近边吸收谱图详细的解析了单原子钌在水滑石表面存在的状态。在水滑石表面钌的含量仅为0.45 wt.%,以Ru-O-M(Fe or Co)的形式和水滑石表面的非贵金属相连接,由于电负性的差别过渡金属钴铁的d电子会通过氧桥键部分转移到单原子钌上,使其处在+1.6价的特殊氧化态。


    图2,XPS和理论计算表明单原子钌和钴铁水滑石间产生了强的电子相互作用


    ?北京化工大学孙晓明教授课题组实现高效稳定单原子钌催化剂的开发


    XPS表征和理论计算近一步证明了单原子钌与钴铁水滑石之间强烈的电子耦合作用。


    图3,电化学测试表明Ru/CoFe-LDHs具有高的OER活性和稳定性


    ?北京化工大学孙晓明教授课题组实现高效稳定单原子钌催化剂的开发


    成功负载到水滑石表面的单原子钌催化剂表现出优异的OER催化活性以及持久的稳定性。在OER过程中,其10mA/cm2电流密度下的过电位仅为198 mV,Tafel斜率仅为39 mV dec?1,性能远远优于钴铁水滑石以及商业RuO2催化剂。由于单原子钌在高电压下工作不会在催化过程中溶解到电解液中,使得其在24小时的高电流密度(200 mA/cm2)工作后,活性几乎没有衰减。


    图4,原位吸收谱图证明Ru/CoFe-LDHs在工作时钌不会被氧化到很高的价态,且具有一定的可逆性,从而保持高的活性以及稳定性


    ?北京化工大学孙晓明教授课题组实现高效稳定单原子钌催化剂的开发


    原位吸收测试表明,在Ru/CoFe-LDHs催化剂中,钴和铁不具备局部化学结构的可逆性,而钌在从开路电压到1.6伏工作电压再到开路电压的循环中表现出一定的可逆性,并且通过吸收边能量的对比我们发现此种单原子钌在高电压下工作时,其氧化态保持在低于+4价,避免产生高价态不稳定的钌,从而保证了持久的稳定性。


    图5,理论模拟证明单原子钌具有低的OER理论过电位


    ?北京化工大学孙晓明教授课题组实现高效稳定单原子钌催化剂的开发


    密度泛函理论计算表明,在水滑石表面的单原子钌活性位点比水滑石本身的铁活性位点具有更低的理论过电位,更加有利于OER过程的进行。这从侧面说明了负载单原子钌以后,催化剂活性位点的转变。


    【总结】


    研究人员利用简单的沉淀法成功地制备了负载在钴铁水滑石表面,钌呈单原子分散的高活性OER催化剂,大幅度降低了贵金属钌的用量。通过单原子钌和钴铁水滑石间的耦合作用实现了钌的活化以及稳定性的保持。该工作中催化剂制备简单,易于工业化生产。此外,该工作为水滑石材料作为基底材料负载单原子在电催化领域的应用和设计提供了借鉴。


    通讯作者为北京化工大学的孙晓明教授,刘文教授,俄勒冈州立大学的冯振兴教授。第一作者为北京化工大学孙晓明课题组博士生李鹏松。


    注:文章内的所有配图皆为网络转载图片,侵权即删!

    我来说几句

    * 获取验证码
    最新评论

    还没有人评论哦,抢沙发吧~

    为您推荐

    丰汇生物制药替米沙坦中间体车间发生爆炸,致1人重伤、2人轻伤
    丰汇生物制药替米沙坦中间体车间发生爆炸,致1人重伤、2人轻伤
    05月25日 17:00   丰汇生物制药  替米沙坦  中间体
    化工企业搬迁改造已取得初步成效 大部分危化企业要明年前搬出
    化工企业搬迁改造已取得初步成效 大部分危化企业要明年前搬出
    05月24日 11:02   化工园区  化工企业搬迁
    chembid科觅得—专业全面的化学品和塑料全球搜索引擎
    chembid科觅得—专业全面的化学品和塑料全球搜索引擎
    05月23日 14:15   chembid,科觅得,化工,塑料
    探讨化妆品行业发展问题与解决方案
    探讨化妆品行业发展问题与解决方案
    05月23日 10:48   化妆品行业
    《河北省化工生产企业安全生产评估标准》解读
    《河北省化工生产企业安全生产评估标准》解读
    05月22日 18:55   化工产业  安全  生产
    石化行业转型升级、高质量发展离不开化工园区
    石化行业转型升级、高质量发展离不开化工园区
    05月21日 14:17   化工园区  石化
    美石油巨头埃克森美孚紧急撤离巴士拉西古尔纳一号油田
    美石油巨头埃克森美孚紧急撤离巴士拉西古尔纳一号油田
    05月21日 13:22   埃克森美孚  石油  油田
    中国炼化行业未来发展存在潜在风险,出路在哪?
    中国炼化行业未来发展存在潜在风险,出路在哪?
    05月21日 13:12   炼化  炼油  石化
    国际液氨市场高位震荡,其价格呈现稳中下滑趋势
    国际液氨市场高位震荡,其价格呈现稳中下滑趋势
    05月21日 13:01   液氨  需求  趋势
    氟化工产业的发展史:从“跟跑”到“并跑”、“领跑”
    氟化工产业的发展史:从“跟跑”到“并跑”、“领跑”
    05月21日 11:03   氟化工  生产  氟橡胶
    山东化工产业安全生产转型升级再出“重拳”
    山东化工产业安全生产转型升级再出“重拳”
    05月21日 10:53   化工产业  转型  石油化工
    东华能源董事长王铭祥简介
    东华能源董事长王铭祥简介
    05月20日 17:40   东华能源  王明祥  简介
    化工产业从“谈化色变”到“绿色化工”仍任重道远
    化工产业从“谈化色变”到“绿色化工”仍任重道远
    05月17日 15:41   化工  产业  环保
    全球首个铁路智能信号灯系统