无码精品人妻一区二区三区免费看,极品少妇一区二区三区四区,(h)干上瘾

成果簡介

銅（Cu）因其C-C偶聯生成多碳（C₂₊）產物，被認為是CO/CO₂還原反應（CORR/CO₂RR）中有效的電催化劑，但是如何合理設計Cu基催化劑以實現高選擇性CO/CO₂還原為C₂₊液體產物（醋酸鹽等）仍然是一個巨大的挑戰。

基于此，廈門大學黃小青教授、美國特拉華大學焦鋒教授和廣東工業大學徐勇教授（共同通訊作者）等人報道了在二氧化鈰（CeO₂）納米棒（Cu-CeO₂）上濺射原子層狀的Cu原子可以使催化劑在CORR中具有更強的乙酸鹽選擇性。由于CeO₂中存在氧空位（O_v），界面處的Cu原子層與Ce原子以Cu-Ce（O_v）的形式配位，這是界面協同作用的結果。Cu-Ce（O_v）顯著促進H₂O的吸附和解離，并進一步與CO偶聯選擇性地生成乙酸鹽作為主要的液體產物。

在50至150 mA cm^-2的電流密度范圍內，乙酸鹽的法拉第效率（FEs）均大于50%，最高可以達到62.4%。特別是Cu-CeO₂的周轉頻率（TOF）達到1477 h^-1，超過了Cu納米顆粒修飾的CeO₂納米棒、裸CeO₂納米棒以及其他現有的Cu基催化劑。該研究為高性能CORR催化劑的合理設計和高附加值產品的開發提供了理論依據，在材料科學、化學、催化等領域具有廣泛的應用前景。

研究背景

將間歇性電能轉化為化學能的電催化過程，被認為是一種高效環保的CO/CO₂還原反應（CORR/CO₂RR）生產高附加值化學品的方法。近十年來，科學家們一直致力于開發穩健高效的CORR和CO₂RR催化劑，以生產高附加值的產品。

然而，目前用于CO/CO₂電還原的高效催化劑存在活性差和選擇性低的缺點，特別是對于C₂₊液體產物。其中，Cu是具有的用于CORR生成C₂₊產物的單金屬催化劑，但在CORR中產生單個所需的C₂₊產物，并抑制副產物還具有挑戰性。單金屬Cu催化劑在CORR中觀察到不同的產物選擇性，表明CORR的反應途徑可能受到Cu活性位點局部結構的影響，這一點目前仍不清楚。

圖文導讀

首先，作者利用水熱法制備CeO₂納米棒（NRs）。然后，在CeO₂ NRs上加入一定量的CuCl₂·2H₂O，在550 ℃空氣中退火，得到Cu-CeO₂（2 wt%）。高角度環形暗場掃描透射電子顯微鏡（HAADF-STEM）圖像顯示，在CeO₂ NRs上加載Cu后，形貌沒有明顯變化。

像差校正HAADF-STEM（AC-HAADF-STEM）圖像顯示，Cu原子位于具有多個原子層的CeO₂ NRs表面。電子能量損失譜（EELS）映射進一步揭示了Cu原子在CeO₂ NRs表面的優先分布。在CeO₂、Cu NPs-CeO₂和Cu-CeO₂的O 1s XPS光譜中，529.0和531.2 eV的峰可以歸屬于CeO₂的晶格O和表面O。

圖1. Cu-CeO₂的形態和結構特征

在標準三電極流動電池反應器中使用1M KOH水性電解質下，Cu-CeO₂和Cu NPs-CeO₂在CO凈化電解質中的電流密度遠高于CeO₂，表明Cu對CORR的顯著影響。Cu-CeO₂的電流密度遠遠高于Cu NPs-CeO₂，表明Cu-Ce（O_v）可作為CORR的高活性位點。

對比純CeO₂ NRs，Cu-CeO₂上的HER被強烈抑制。當Cu-CeO₂作為催化劑時，在50-150 mA cm^?2下，H₂的FE低于30%，HER過程被強烈抑制。在50 mA cm^?2條件下，Cu-CeO₂的乙酸鹽FE達到62.4%，遠高于同等條件下的CeO₂和Cu NPs-CeO₂，表明原子層狀Cu修飾CeO₂ NRs可顯著促進對乙酸鹽的選擇性CORR。

此外，在50-200 mA cm^?2時，Cu-CeO₂上C₂產物的FEs明顯高于CeO₂和Cu NPs-CeO₂。此外，Cu-CeO₂的乙酸鹽的局部電流密度隨著電位的增加而增加。總之，C₂產物的電位和FEs保持不變，以及廢催化劑的形態和結構保持不變，表明Cu-CeO₂可以作為一種高活性、選擇性和穩定的CORR催化劑。

圖2. 各種催化劑的CORR性能

通過密度泛函理論（DFT）計算，作者研究了增強CORR性能的機理。DFT計算出H₂O在CeO₂(111)和O_v-CeO₂(111)上的吸附能分別為-0.33和-0.40 eV，表明O_v的存在促進了H₂O的吸附。同時，O_v的形成可以顯著促進H₂O的活化。

具體而言，計算出CeO₂(111)上的O-H鍵長度為~0.971 ?，比O_v-CeO₂(111)上的O-H鍵長度短（~0.978 ?），表明O_v-CeO₂(111)對H₂O的吸附比CeO₂(111)更強。計算出H₂O在CeO₂(111)和Cu₄/O_v-CeO₂上的離解能分別為-0.50 eV和-0.62 eV，表明O_v能夠促進H₂O的離解。結果表明，O_v可以顯著提高H₂O的活化和解離，從而通過氫輔助偶聯機制形成富H表面，從而提高C₂產物的選擇性。

此外，以*OCCOH→*HOCCOH（乙烯途徑）、*HCCHO（乙醇途徑）、*H₂CCO（乙酸途徑）為關鍵步驟，作者研究了Cu₄/O_v-CeO₂(111)表面上H₂O輔助CORR的反應機理。*HOCCOH（乙烯途徑）的形成能壘比乙醇途徑和乙酸途徑的關鍵中間體*CCO的形成能壘高0.50 eV，表明氧途徑比乙烯途徑更有利。在Cu₄/O_v-CeO₂(111)表面，*OCCOH優先轉化為*CCO，然后再轉化為*HCCO。通過乙醇途徑*HCCO→*HCCHO的勢壘比通過乙酸途徑*HCCO→*H₂CCO的勢壘高1.33 eV，導致乙酸具有較高的選擇性。

圖3. 機理研究

圖4. DFT計算

文獻信息

Interfacial Synergy between the Cu Atomic Layer and CeO₂ Promotes CO Electrocoupling to Acetate. ACS Nano, 2023, DOI: 10.1021/acsnano.3c00817.

https://doi.org/10.1021/acsnano.3c00817.

原創文章，作者：Gloria，如若轉載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.zzhhcy.com/index.php/2023/10/07/143a613d5b/

末成年小嫩xb,嫰bbb槡bbbb槡bbbb,免费无人区码卡密,成全高清mv电影免费观看

黃小青/焦鋒/徐勇，最新ACS Nano！

末成年小嫩xb,嫰bbb槡bbbb槡bbbb,免费无人区码卡密,成全高清mv电影免费观看

黃小青/焦鋒/徐勇，最新ACS Nano！

相關推薦