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
  • Zip:430070
  • Tel:027-87651837
  • Fax:
  • Email:msc@whut.edu.cn
Current Location :> Home > News > Text
High-Entropy Ultrathin Amorphous Metal–Organic Framework-Stabilized Ru(Mo) Dual-Atom Sites for Water Oxidation


科學材料站

文 章 信 息


超薄高熵MOF納米片穩(wěn)定Ru(Mo)雙原子位點高效催化水氧化

第一作者:穆雪琴、喻敏

通訊作者:劉蘇莉、王定勝、木士春

單位:南京工業(yè)大學、清華大學、武漢理工大學



科學材料站

研 究 背 景


近年來,隨著可再生能源需求的增加,析氧反應(OER)作為電化學水分解的關鍵過程,受到了廣泛關注。傳統(tǒng)的Ru基和Ir基OER催化劑因成本高和資源稀缺限制了其應用。金屬有機框架(MOFs)因其高比表面積和可調(diào)節(jié)結構,在催化領域展現(xiàn)出廣闊前景,特別是高熵MOFs(HE-MOFs)在OER中具有尚未充分探索的潛力。然而,MOFs在OER應用中常因導電性和穩(wěn)定性不足而受限。通過合理設計HE-MOFs的組成和結構,可以優(yōu)化催化反應條件,提高催化性能。單原子催化劑(SACs)因其高原子效率和 獨特電子特性而受到關注,特別是雙金屬SACs顯示出優(yōu)異性能,但其實際應用面臨穩(wěn)定性挑戰(zhàn)。另外,高熵材料因其內(nèi)在無序性和高構型熵,為穩(wěn)定單個原子提供了獨特環(huán)境。因此,HE-MOFs能穩(wěn)定分散的單原子,還可利用高熵系統(tǒng)的多方面優(yōu)勢,推動下一代高性能MOFs催化劑的發(fā)展。



科學材料站

文 章 簡 介


近日,來自武漢理工大學的木士春教授、來自清華大學的王定勝教授與南京工業(yè)大學的劉蘇莉教授合作,在國際知名期刊ACS Energy Letters上發(fā)表題為“High-Entropy Ultrathin Amorphous Metal–Organic Framework-Stabilized Ru(Mo) Dual-Atom Sites for Water Oxidation”的文章。該文章提出了一種將雙金屬SACs與HE-MOFs相結合的創(chuàng)新結構,有效提高OER的性能。



科學材料站

本 文 要 點


要點一:超薄無定形MOFs穩(wěn)化構筑Ru和Mo雙原子

通過簡易合成方法構建了嵌入Ru和Mo單原子催化劑的超薄、近原子層厚的非晶合金納米片。TEM圖像表明納米片的超薄特性。AFM圖像顯示納米片平均厚度僅為1.5 nm,這種超薄結構不僅極大地增加了催化反應的可用表面積,還提升了導電性能。HRTEM圖像和FFT結果驗證了納米片的非晶態(tài)特征,與XRD結果一致。HAADF-STEM圖像在原子水平上展示了Ru和Mo原子為單分散,極大優(yōu)化了催化活性位點數(shù)量。同時,Ru和Mo原子的均勻分布確保了活性位點在納米片上的均勻分布,提高了整體催化效率。能譜圖和元素分析顯示了典型的高熵組成,其中包括Fe、Co、Ni、Ru和Mo。

圖1. HE(Ru,Mo)-MOFs的制備和表征


要點二:高熵MOFs調(diào)控平衡氧化態(tài)

X射線光電子能譜(XPS)分析表明,在HE(Ru,Mo)-MOFs中,Ru與MOF載體之間存在顯著的電子相互作用,這一相互作用對材料的化學狀態(tài)及其催化性能產(chǎn)生了深遠影響。在此材料體系中,Co、Fe和Ni均表現(xiàn)出混合氧化態(tài),而Ru則以高結合能的氧化態(tài)存在,Mo則主要以+6氧化態(tài)呈現(xiàn)。Ru的引入顯著促進了Fe和Ni向+3價氧化態(tài)的轉變,而Mo的引入則傾向于將它們穩(wěn)定在+2價氧化態(tài)。Mo的高氧化態(tài)不僅有助于整體電子結構的穩(wěn)定性,還通過促進氧空位的生成,增加了氧空位密度。這些氧空位為Fe和Ni的低氧化態(tài)提供了額外電子,進一步增強了電催化劑的電荷轉移能力。

圖2. 系列ME-MOFs和HE(Ru,Mo)-MOFs的結構分析


要點三:HE(Ru,Mo)-MOFs優(yōu)異的電催化性能

HE(Ru,Mo)-MOFs在OER催化性能方面展現(xiàn)了優(yōu)異的表現(xiàn)。在1.0 M KOH電解液中,該催化劑表現(xiàn)出較低的起始電位,僅需267 mV的過電位即可達到10 mA cm-2的電流密度。并且其Tafel斜率為36.3 mV dec-1,表明反應動力學更快。其性能優(yōu)勢得益于結構中高密度的活性位點。穩(wěn)定性測試結果顯示,HE(Ru,Mo)-MOFs在經(jīng)過6000次循環(huán)后電位僅增加5 mV,且在長達15×10? 秒的計時電位測試中催化活性保持穩(wěn)定,證明其耐久性極佳。穩(wěn)定后結構表征顯示其非晶結構在長期電化學測試后依然良好。

在工業(yè)廢水等復雜介質中,HE(Ru,Mo)-MOFs同樣表現(xiàn)出色,過電位甚至低于純水系統(tǒng)。電化學阻抗圖譜(EIS)表明其電荷轉移電阻較低,促進了電荷轉移和電導率,另外,該催化劑在1000次循環(huán)后電位僅增加5 mV,連續(xù)12×103秒運行后活性下降僅20%,顯示出在惡劣條件下催化劑結構的穩(wěn)定性。

圖3. HE(Ru,Mo)-MOFs催化劑的OER性能評價


要點四 :HE(Ru,Mo)-MOFs析氧反應機制的探究

探究HE(Ru,Mo)-MOFs在析氧反應中展現(xiàn)了高效催化活性的原因。通過原位電化學阻抗譜(EIS)分析,發(fā)現(xiàn)界面上的電荷轉移得到有效促進。與ME-MOFs相比,HE(Ru,Mo)-MOFs在低頻和高頻范圍內(nèi)表現(xiàn)出更低的阻抗,尤其是在高電位下表現(xiàn)出更優(yōu)的電荷轉移效率,顯示出較高的析氧反應穩(wěn)定性。此外,在廢水電解質中,HE(Ru,Mo)-MOFs也展現(xiàn)了更快的界面電荷轉移和去質子化速率,進一步驗證了其優(yōu)越的催化穩(wěn)定性。

通過拉曼光譜分析,觀察到HE(Ru,Mo)-MOFs在電位增加時出現(xiàn)的顯著M-O(Fe/Co/Ni)振動峰和M-OOH特征峰。這些特征表明HE(Ru,Mo)-MOFs的金屬中心與氧結合緊密,并在OER過程中進行有效的*OH到*OOH的轉化,且通過AEM(吸附機制)路徑完成析氧反應。

圖4. 原位測試OER的反應機制



科學材料站

結 論


綜上所述,高熵框架內(nèi)的金屬中心協(xié)同作用有效平衡了內(nèi)部金屬的氧化態(tài),使HE(Ru,Mo)-MOFs在堿性純水和工業(yè)廢水中表現(xiàn)出優(yōu)于商業(yè)RuO?的OER活性。通過Operando EIS和原位拉曼光譜,揭示了催化劑表面中間體的動態(tài)轉變,促進了電子轉移,維持高催化活性。此外,金屬中心間的電子再分配允許靈活調(diào)整電子結構,確保氧化態(tài)平衡,穩(wěn)定Ru的活性狀態(tài),從而保持催化劑的持續(xù)活性。



科學材料站

文 章 鏈 接


High-Entropy Ultrathin Amorphous Metal–Organic Framework-Stabilized Ru(Mo) Dual-Atom Sites for Water Oxidation

https://doi.org/10.1021/acsenergylett.4c02552