玩弄奶头(高h),中文字幕乱码在线人视频,狠狠躁夜夜躁人人躁婷婷视频

研究背景

為了克服可充電鋅空氣電池陰極上氧析出（OER）和氧還原反應(yīng)（ORR）動(dòng)力學(xué)緩慢的問(wèn)題，大量的實(shí)驗(yàn)研究集中于開(kāi)發(fā)雙功能催化劑。納米工程策略通常被用來(lái)增強(qiáng)催化劑的本征活性，如構(gòu)建微結(jié)構(gòu)，引入缺陷和界面，以調(diào)節(jié)金屬位點(diǎn)的電子和局部配位結(jié)構(gòu)。然而，由于OER和ORR對(duì)活性位點(diǎn)性質(zhì)的要求不同，很難同時(shí)增強(qiáng)催化劑的雙功能活性。并且由于兩種反應(yīng)都集成在一個(gè)空氣電極中，單獨(dú)調(diào)制OER和ORR過(guò)程也很困難。此外，在較高的OER氧化電位下，一些ORR催化位點(diǎn)不可避免地會(huì)被破壞，這通常會(huì)引發(fā)催化劑表面不可逆的重構(gòu)現(xiàn)象。

引入磁場(chǎng)和電場(chǎng)等外場(chǎng)是提高電催化劑本征活性極有前景的策略之一。熱電器件和可充電鋅空氣電池是兩種不同的電能轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)系統(tǒng)。前者可以將熱梯度轉(zhuǎn)化為電能，但不能儲(chǔ)存長(zhǎng)期利用，而后者可以分別通過(guò)OER和ORR過(guò)程儲(chǔ)存和供應(yīng)穩(wěn)定的電能。因此，將這兩個(gè)系統(tǒng)整合在一起，將使它們的儲(chǔ)能特性產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)。理論上，熱電材料作為電催化劑需要含有促進(jìn)電化學(xué)反應(yīng)的活性位點(diǎn)，并且在中溫區(qū)溫度范圍內(nèi)能提供足夠的電壓促進(jìn)電化學(xué)反應(yīng)。另一方面，具有平行排列的P型和N型電極的熱電器件可以提供更好的機(jī)會(huì)提高OER和ORR性能。目前，通過(guò)熱電效應(yīng)增強(qiáng)OER和ORR活性以及補(bǔ)償電池充放電電位方面的研究還十分有限。實(shí)際上，將這一概念付諸實(shí)踐是至關(guān)重要的，也是極具挑戰(zhàn)性的，主要的瓶頸是集成系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)。

研究工作

近日，天津大學(xué)韓曉鵬研究員等人設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)了一種以P型Ca₃Co₄O₉和N型CaMnO₃為熱電催化劑的雙空氣電極結(jié)構(gòu)的呼吸式可充鋅空氣電池，成功地將熱電體系和鋅空氣電池整合為一個(gè)系統(tǒng)。在空氣電極結(jié)構(gòu)中，Ca₃Co₄O₉和CaMnO₃在加熱板上物理解耦串聯(lián)，熱電效應(yīng)產(chǎn)生的Seebeck電壓可以協(xié)同補(bǔ)償部分過(guò)電位。由于熱電載流子(h˙和e^–)在熱梯度作用下在催化劑冷表面的累積，優(yōu)化了熱電催化劑的能帶和電子結(jié)構(gòu)，從而增強(qiáng)了金屬位點(diǎn)的本征催化活性，提高了鋅空氣電池的能量效率。該工作以題目為“Designing Breathing Air-electrode and Enhancing the Oxygen Electrocatalysis by Thermoelectric Effect for Efficient Zn-air Batteries”發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)期刊《Angewandte Chemie International Edition》。

研究?jī)?nèi)容

熱電催化劑不僅作為熱電材料在適當(dāng)?shù)臏囟忍荻认庐a(chǎn)生電壓，而且作為電催化劑可以促進(jìn)OER和ORR催化反應(yīng)。如圖1所示，呼吸式可充鋅空氣電池的空氣電極是物理解耦串聯(lián)在加熱板上的雙電極體系，在充電和放電過(guò)程中，繼電器的閥門(mén)分別連接到CaMnO₃和Ca₃Co₄O₉電極上。在熱電效應(yīng)的作用下，載流子h˙和e^–從電極的熱端向冷端遷移累積，Ca₃Co₄O₉和CaMnO₃可以產(chǎn)生方向一致的Seebeck電壓(?V = V₁ + V₂, V₁ = E₂ – E₁, V₂ = E₄ – E₃)。

圖1. 熱電效應(yīng)促進(jìn)的呼吸式可充鋅空氣電池結(jié)構(gòu)示意圖。

本文利用溶膠-凝膠法制備得到鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的CaMnO₃和混合晶格結(jié)構(gòu)的Ca₃Co₄O₉納米顆粒。Ca₃Co₄O₉呈明顯的層狀結(jié)構(gòu)，巖鹽[Ca₂CoO₃]層和六方[CoO₂]層相互堆疊。Ca₃Co₄O₉在整個(gè)溫度范圍內(nèi)表現(xiàn)出典型的半導(dǎo)體性質(zhì)，而CaMnO₃隨著溫度的升高由半導(dǎo)體性質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘傩再|(zhì)。Ca₃Co₄O₉的Seebeck系數(shù)隨著溫度的升高而增大，這是典型的P型半導(dǎo)體行為，主要載流子為空穴。而CaMnO₃具有N型半導(dǎo)體性質(zhì)，主要載流子為電子。得益于CaMnO₃和Ca₃Co₄O₉的結(jié)構(gòu)和熱電性能，熱梯度產(chǎn)生的Seebeck電壓和載流子從熱端向冷端的遷移有望促進(jìn)雙空氣電極的電催化活性，提高鋅空氣電池的能量效率。

圖2.（a）CaMnO₃和Ca₃Co₄O₉的Rietveld精修XRD圖譜及其對(duì)應(yīng)的晶體結(jié)構(gòu)。（b）CaMnO₃和（c）Ca₃Co₄O₉的HAADF-STEM圖像。CaMnO₃和Ca₃Co₄O₉在不同溫度下的（d）電導(dǎo)率，熱導(dǎo)率,（e）Seebeck系數(shù)以及功率系數(shù)。

熱電效應(yīng)產(chǎn)生的Seebeck電壓可以通過(guò)調(diào)節(jié)溫度梯度來(lái)控制。隨著溫度梯度的增加，Ca₃Co₄O₉的OER催化活性和動(dòng)力學(xué)速率均得到了較大的增強(qiáng)。通過(guò)對(duì)電極產(chǎn)生的Seebeck電壓的測(cè)量，證明了OER性能的提高不僅源于產(chǎn)生的Seebeck電壓，而且主要來(lái)自于熱電催化劑的本征催化活性的增強(qiáng)。CaMnO₃的ORR性能也隨著溫度梯度的增加呈現(xiàn)出類似的增強(qiáng)趨勢(shì)。Ca₃Co₄O₉和CaMnO₃的 OER和ORR性能的增強(qiáng)可能是由于載流子(h˙和e^–)在電極冷端的累積，特別是在溫度梯度較大時(shí)，會(huì)產(chǎn)生更多的載流子，并從電極的熱端轉(zhuǎn)移到冷端，從而改變了活性位點(diǎn)的電子結(jié)構(gòu)和催化活性。

圖3.（a）Ca₃Co₄O₉在不同溫度梯度下的OER極化曲線以及（b）對(duì)應(yīng)的Tafel曲線。（c） CaMnO₃、Ca₃Co₄O₉以及CaMnO₃和Ca₃Co₄O₉串聯(lián)的理論和實(shí)驗(yàn)Seebeck電壓與溫度梯度的關(guān)系。（d）450 mV過(guò)電位下Ca₃Co₄O₉的TOF值。（e）CaMnO₃在不同溫度梯度下的ORR極化曲線。（f）CaMnO₃的K-L擬合圖。

圖4.（a）模擬外場(chǎng)作用下的層狀Ca₃Co₄O₉（020）晶面模型。（b）Ca₃Co₄O₉在外場(chǎng)作用下的Mulligan電荷分布。模擬外場(chǎng)作用前后的Ca₃Co₄O₉中不同位置的（c）Ca原子和（d）Co原子的Bader電荷值以及相應(yīng)的價(jià)態(tài)。模擬外場(chǎng)作用前后的（e）Ca₃Co₄O₉和（f）CaMnO₃的OER和ORR反應(yīng)路徑自由能。

隨后采用DFT計(jì)算進(jìn)一步探究了熱電增強(qiáng)電催化的機(jī)制。我們通過(guò)加入內(nèi)部電場(chǎng)來(lái)模擬熱電Seebeck電壓。結(jié)果證明，額外的電場(chǎng)會(huì)分別使Ca₃Co₄O₉和CaMnO₃中的熱載流子從內(nèi)部向表面遷移，從而氧化和還原表面的原子。熱載流子的累積會(huì)改變熱電催化劑的能帶結(jié)構(gòu)、功函數(shù)和費(fèi)米能級(jí)，從而影響熱電催化劑的催化活性。此外，外加電場(chǎng)可以明顯地調(diào)制Ca₃Co₄O₉和CaMnO₃中催化位點(diǎn)的電子狀態(tài)，從而加速OER和ORR過(guò)程的催化動(dòng)力學(xué)。

圖5.（a）呼吸式可充鋅空氣電池在不同溫度梯度下的充放電極化曲線，（b）放電功率密度，（c）充放電循環(huán)性能以及（d）能量效率。

使用Ca₃Co₄O₉和CaMnO₃熱電催化劑作為雙空氣電極設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了呼吸式可充鋅空氣電池。隨著溫度梯度的增加，電池的充放電電壓均得到了優(yōu)化，從而能量效率得到顯著提高。電池性能的提高應(yīng)得益于熱電效應(yīng)產(chǎn)生的Seebeck電壓和電極中活性位點(diǎn)本征活性的增強(qiáng)。

結(jié)論

綜上所述，本工作設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)了一種以P型Ca₃Co₄O₉和N型CaMnO₃為熱電催化劑的雙空氣電極結(jié)構(gòu)的呼吸式可充鋅空氣電池。Ca₃Co₄O₉和CaMnO₃在一定溫度梯度下產(chǎn)生的Seebeck電壓可以協(xié)同補(bǔ)償部分OER和ORR過(guò)電位。催化劑的電子態(tài)和能帶結(jié)構(gòu)也可以通過(guò)電極表面載流子的累積進(jìn)行調(diào)制。得益于空氣電極的熱電效應(yīng)，Ca₃Co₄O₉和CaMnO₃的氧電催化本征活性得到了增強(qiáng)，從而鋅空氣電池的能量效率得到了顯著的提升。這項(xiàng)工作為探索利用廢熱構(gòu)建高效能二次金屬空氣電池系統(tǒng)提供了一種高效、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的途徑。

論文信息

Designing Breathing Air-electrode and Enhancing the Oxygen Electrocatalysis by Thermoelectric Effect for Efficient Zn-air Batteries, Angewandte Chemie International Edition, DOI: 10.1002/anie.202302689, 文章的第一作者是天津大學(xué)青年教師鄭學(xué)榮（現(xiàn)為海南大學(xué)教授）和博士生曹晏琿。

導(dǎo)師簡(jiǎn)介

通訊作者簡(jiǎn)介：韓曉鵬，天津大學(xué)研究員，博士生導(dǎo)師，國(guó)家優(yōu)青，中國(guó)科協(xié)和天津市青年托舉人才，天津市青年科技優(yōu)秀人才。先后主持國(guó)家自然科學(xué)基金優(yōu)青、面上和青年項(xiàng)目，中國(guó)科協(xié)青年人才托舉項(xiàng)目，天津市基金和產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目累計(jì)20余項(xiàng)，主要從事新能源催化材料制備、結(jié)構(gòu)性能調(diào)控與電化學(xué)器件方面的研究，在Nature Energy、Nature Commun.、Adv. Mater.等期刊發(fā)表論文190余篇，其中第一/通訊作者90余篇，32篇ESI高被引，h因子61，連續(xù)三年入選科睿唯安全球高被引學(xué)者（2020-2022），兼任Frontiers in Chemistry期刊副主編，Science China Materials、eScience、Rare Metals、Carbon Energy等多本期刊編委或青年編委，參與撰寫(xiě)兩部中英文著作，獲授權(quán)發(fā)明專利20余項(xiàng)，其中三項(xiàng)第一發(fā)明人專利實(shí)施轉(zhuǎn)化，建立了產(chǎn)學(xué)研基地，研發(fā)的電極材料在中國(guó)航天科工集團(tuán)和中國(guó)電子科技集團(tuán)等所屬重點(diǎn)單位實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用驗(yàn)證。

原創(chuàng)文章，作者：菜菜歐尼醬，如若轉(zhuǎn)載，請(qǐng)注明來(lái)源華算科技，注明出處：http://www.zzhhcy.com/index.php/2024/01/23/61f280b867/

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

天大韓曉鵬研究員Angew：熱電效應(yīng)助力呼吸式可充鋅空氣電池

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

天大韓曉鵬研究員Angew：熱電效應(yīng)助力呼吸式可充鋅空氣電池

相關(guān)推薦