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隨著傳統化石燃料的短缺和環境污染的加劇，開發可持續的、清潔的替代能源勢在必行。金屬-空氣電池和電解水技術因其能量轉換效率高、零碳排放等優點，被認為是綠色和可再生能源生產和儲存的關鍵技術。氧還原反應（ORR）和析氫反應（HER）是金屬-空氣電池和電解水的核心反應，但在現有技術中，它們的動力學緩慢，阻礙了能量轉換效率的提高。因此，需要適當的電催化劑來降低反應的能壘，促進反應動力學。到目前為止，Pt基催化劑仍然是最優異的催化劑，但其成本高、穩定性差、儲存量低嚴重限制了其大規模應用。因此，開發高性能、穩定的非貴金屬基ORR和HER電催化劑，達到與Pt基催化材料相當甚至更好的水平迫在眉睫。

中國石油大學（華東）潘原等人提出了一種Ni/Co雙原子位點（DASs）的鄰近電子效應（PEE），Ni/Co雙原子被固定在 N 摻雜的碳（N-C）上（NiCo DASs/N-C），用于協同促進電催化ORR和HER。

NiCo DASs/N-C電催化劑在堿性和酸性溶液中表現出優異的半波電位（0.880和0.754 V），遠高于單一金屬催化劑Ni SAs/N-C（0.716和0.618 V）和Co SAs/N-C（0.746和0.661 V），在堿性電解質中NiCo DASs/N-C和Co SAs/N-C半波電位的差距，說明相鄰的Ni-N₄位點對促進Co-N₄位點的ORR動力學有顯著的作用。除了優異的ORR活性外，NiCo DASs/N-C也表現出優異的HER活性。

與Ni SAs/N-C（579和598 mV）和Co SAs/N-C（587和560mV）相比，NiCo DAS/N-C在堿性和酸性條件下只需要更低的189和260mV 的過電位就能達到10 mA cm^-2的電流密度。通過旋轉圓盤電極實驗，對NiCo DAS/N-C的ORR過程進行了研究。在比Pt/C催化劑低0.2至0.9 V的電位范圍內，NiCo DASs/N-C的電子轉移數為3.9-4，表明NiCo DASs/N-C催化的ORR過程是從O₂到H₂O的高選擇性四電子還原過程。

加入甲醇后NiCo DASs/N-C的相對電流略有變化，而商用 Pt/C的下降幅度更大，表明NiCo DASs/N-C的甲醇耐受性優于 Pt/C。此外，通過循環伏安測試和計時電位測試還表明NiCo DASs/N-C在堿性和酸性電解質中具有出色的穩定性。

原位表征結果表明，Co-N₄是O₂吸附活化過程的主要活性位點，促進了關鍵^*OOH的形成和^*OH中間體的脫附，從而加速了多電子反應動力學。理論計算表明，相鄰Ni-N₄位點可以有效調節鄰近Co-N₄位點的電子，促進Co-N₄位點上的^*OH脫附和^*H吸附，從而顯著促進ORR和HER過程。本研究為設計高效的雙功能電催化劑提供了指導，具有廣闊的應用前景。

Proximity Electronic Effect of Ni/Co Diatomic Sites for Synergistic Promotion of Electrocatalytic Oxygen Reduction and Hydrogen Evolution, Adv. Funct. Mater., 2022, DOI：10.1002/adfm.202210867.

https://doi.org/10.1002/adfm.202210867

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