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Small：過電位僅為182 mV！超親水-超憎氧的Mo-NiFeOxHy陣列用于高效催化OER

析氧反應(OER)是水分解、CO₂還原、可充電金屬-空氣電池和可再生燃料電池的關鍵半反應，是開發一系列儲能和轉化技術的基礎。然而，由于設計含氧中間體(*OH，*OOH，*O)形成的熱力學反應，典型的OER是復雜的電子-質子轉移過程，其緩慢的動力學和大的過電位限制了電催化技術的發展。貴金屬及其氧化物如RuO₂和IrO₂是具有較高OER活性的材料，但這些金屬的稀缺性和成本嚴重阻礙了它們的廣泛應用。因此，開發一種高效、穩定、廉價的非貴金屬電催化劑來替代貴金屬具有重要意義。

近日，天津大學王中利和那平等制備了一種以NiFe(MoO₄)_x棒為前驅體合成超細Mo改性NiFeO_xH_y納米片陣列(Mo-NiFeO_xH_y)，并將其作為高效的OER催化。

具體而言，研究人員采用簡單的水熱法在泡沫鎳(NF)表面原位生長Fe摻雜的NiMoO₄納米棒(NiFe(MoO₄)_x)，通過控制Fe摻雜量，制備出不同Ni/Fe比例的NiFe(MoO₄)_x前驅體。然后用循環伏安法(CV)激活合成的NiFe(MoO₄)_x，在電化學活化過程中，鉬酸鹽離子MoO₄^2?逐漸溶解，電解質中的氫氧化物離子(OH^?)擴散到前驅體中，并在有限的空間內與Ni²⁺和Fe³⁺離子反應生成超細的NiFeO_xH_y納米片(<10 nm)。

這種致密的超細納米片陣列在氫氧化鎳表面產生豐富的邊緣平面，這將暴露出更多的活性位點。更重要的是，微孔結構和表面親水羥基的毛細現象誘導了超親水性，粗糙的表面也產生了超疏氣性。

實驗結果和理論計算表明，Mo和Fe的引入可以調節Ni的電子結構，促進Ni和O原子之間的鍵合，并且近費米能級的電子離域化有利于與OER中間體的鍵合，提高催化性能。因此，優化后的Mo-NiFeO_xH_y催化劑表現出較高的催化活性，在10 mA cm^?2電流密度下具有182 mV的小過電位；在200 mA cm^?2下的Tafel斜率為22 mV dec^?1。

此外，Mo-NiFeO_xH_y還具有優異的穩定性，在200 mA cm^?2電流密度下連續運行200 h而沒有發生明顯的性能下降。總之，這項工作為鎳鐵基電催化劑的結構和組成的調制以提高電催化活性提供了一種新的策略。

Ultrafine NiFe-Based (Oxy)Hydroxide Nanosheet Arrays with Rich Edge Planes and Superhydrophilic-Superaerophobic Characteristics for Oxygen Evolution Reaction. Small, 2023. DOI: 10.1002/smll.202301609

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