80电影天堂网,少妇高潮一区二区三区99,jαpαnesehd熟女熟妇伦,无码人妻精品一区二区蜜桃网站

Links
Contact Info.
  • Address:武漢珞獅路122號(hào)
  • Zip:430070
  • Tel:027-87651837
  • Fax:
  • Email:msc@whut.edu.cn
Current Location :> Home > News > Text
Robust water/seawater-electrolysis hydrogen production at industrial-scale current densities by modulating built-in-outer electric field of catalytic substance

材料研究進(jìn)展 2024年09月08日 08:30 陜西

1研究背景

隨著全球能源危機(jī)的加劇和環(huán)境污染問(wèn)題的日益嚴(yán)重,尋找清潔、可再生的新能源成為了科學(xué)家們研究的重點(diǎn)。氫氣作為一種理想的清潔能源,因其高效、無(wú)污染的特點(diǎn)備受關(guān)注。然而,氫氣的生產(chǎn)方式往往耗能高、成本大,尤其是傳統(tǒng)的電解水制氫方法,由于需要高電流密度下的高效催化劑,技術(shù)瓶頸一直難以突破。在這種背景下,開(kāi)發(fā)新型高效、低成本的催化劑,實(shí)現(xiàn)工業(yè)規(guī)模的電解水制氫,尤其是利用豐富且成本低廉的海水資源,成為了新能源研究的熱點(diǎn)。近年來(lái),雖然研究者們探索了多種材料,包括貴金屬鉑(Pt)基催化劑,但這些材料往往存在穩(wěn)定性差、成本高等問(wèn)題,尤其是在海水這種復(fù)雜的電解質(zhì)環(huán)境中,催化劑的性能和壽命更是面臨巨大挑戰(zhàn)。

2成果簡(jiǎn)介

在這項(xiàng)研究中,科學(xué)家們首先基于功函數(shù)理論,設(shè)計(jì)了一種高度分散的PdRu五重孿晶結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)支撐在非晶態(tài)的Fe(Cu)氧化物(PdRu@MOx, M=Fe或Cu)上。這種設(shè)計(jì)巧妙地在異質(zhì)界面和五重局部對(duì)稱(chēng)性破缺區(qū)域之間產(chǎn)生了強(qiáng)烈的內(nèi)建內(nèi)外電場(chǎng),優(yōu)化了界面電荷密度,顯著提高了質(zhì)子吸附能力,并適度增強(qiáng)了氫氣發(fā)展反應(yīng)(HER)的動(dòng)力學(xué)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,PdRu@FeOx在堿性電解液中僅需27毫伏和110毫伏的過(guò)電位,就能分別達(dá)到100和1000 mA cm-2的電流密度,展現(xiàn)出了卓越的催化穩(wěn)定性,可承受高達(dá)10000次的循環(huán)測(cè)試。更令人振奮的是,在堿性海水中,僅需120毫伏的過(guò)電位就能實(shí)現(xiàn)1000 mA cm-2的電流密度,其質(zhì)量活性是商業(yè)Pt/C催化劑的17倍以上,為整體海水電解提供了新的可能性。

3圖文導(dǎo)讀

圖1. (a) PdRu@MOx的差分電荷密度。(b, c) PdRu@MOx的計(jì)算模型及電子轉(zhuǎn)移方向,紅色區(qū)域表示電子的增加,而藍(lán)色區(qū)域表示電子的減少。(d) 表面Pd(Ru)原子的投影態(tài)密度(PDOS)。通過(guò)(e) Volmer-Heyrovsky和(f) Volmer-Tafel機(jī)制在PdRu和PdRu@MOx上計(jì)算的整個(gè)HER過(guò)程的能量障礙。(g) 通過(guò)Volmer-Heyrovsky和Volmer-Tafel機(jī)制比較PdRu@FeOx界面區(qū)域PdRu位點(diǎn)上H2分子的吸附能。(h) HER過(guò)程的吉布斯自由能變化與d帶中心之間的關(guān)系。

圖2. (a) PdRu@MOx合成過(guò)程的示意圖。(b) PdRu@FeOx的TEM和HAADF-STEM圖像(插圖)。(c-f) PdRu@FeOx的HAADF-STEM圖像。(c)中的白色箭頭表示顆粒邊界處的解離原子,(c-e)中的虛線(xiàn)表示分散的孿晶界面。(g) 強(qiáng)度分布沿著(f)中黃色箭頭的方向。(h) PdRu@FeOx的EDS映射圖像。

圖3. (a) Pd K邊的歸一化近邊吸收光譜。Pd物種的吸收邊在插圖中顯示。(b) 不同Pd物種的R空間光譜。(c) WT-XAFS光譜輪廓的3D圖。(d) 電子順磁共振(EPR),(e) Ru 3p的XPS光譜,(f) 拉曼光譜,以及(g) 所有催化劑的紫外光電子能譜(UPS)。(h) PdRu和PdRu@MOx上G*OH+*H與WF之間的關(guān)系。

圖4. (a) 催化劑在1.0 M KOH溶液中HER的線(xiàn)性?huà)呙璺?LSV)曲線(xiàn)。(b) 催化劑的質(zhì)量活性和(c) 轉(zhuǎn)換頻率(TOF)(在0.1 V下的η)。(d-f) PdRu和PdRu@MOx在25 mV至-100 mV下的原位拉曼光譜。(g) PdRu@MOx在經(jīng)過(guò)10,000次循環(huán)伏安測(cè)試前后的極化曲線(xiàn)比較。(h) 與先前報(bào)道的在1000 mA cm–2下的過(guò)電位比較。

圖5. (a) 催化劑在1.0 M KOH海水電解液中HER的線(xiàn)性?huà)呙璺?LSV)曲線(xiàn)。(b) 催化劑的質(zhì)量活性和(c) 轉(zhuǎn)換頻率(TOF)(在0.1 V vs. RHE時(shí))。(d) 分別與先前報(bào)道的在100和1000 mA cm–2下的過(guò)電位比較。(e) 來(lái)自Nyquist圖的催化劑的相應(yīng)Bode圖。(f) 在不同過(guò)電位(50 mV–200 mV)下Rct的擬合數(shù)據(jù)。(g) PdRu@MOx在經(jīng)過(guò)10,000次循環(huán)伏安測(cè)試前后的極化曲線(xiàn)比較。(h) 催化劑在自然海水中的腐蝕極化曲線(xiàn)。

 

4小結(jié)

這項(xiàng)研究不僅在實(shí)驗(yàn)上取得了突破,更通過(guò)理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,為設(shè)計(jì)穩(wěn)定的多金屬位點(diǎn)催化物質(zhì)提供了新的策略。PdRu@MOx催化劑的成功開(kāi)發(fā),不僅在堿性淡水中展現(xiàn)了優(yōu)異的性能,在海水中的制氫效果尤為突出,這為利用地球上豐富的海水資源進(jìn)行大規(guī)模氫氣生產(chǎn)提供了可能。科學(xué)家們通過(guò)構(gòu)建內(nèi)外雙電場(chǎng)策略,優(yōu)化了催化劑的電子結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)了在高電流密度下的高效氫氣生成。這一發(fā)現(xiàn)不僅為電化學(xué)氫氣進(jìn)化反應(yīng)的催化行為提供了深入的見(jiàn)解,更為實(shí)現(xiàn)工業(yè)規(guī)模的氫氣生產(chǎn)提供了實(shí)際的指導(dǎo)。隨著進(jìn)一步的研究和優(yōu)化,這種新型催化劑有望在未來(lái)的能源領(lǐng)域發(fā)揮重要作用,為人類(lèi)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)力量。


文獻(xiàn):

https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2024.110216