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對于質子交換膜水電解槽中的OER反應，RuO₂是最有可能替代目前主流的昂貴銥催化劑的一種材料。但是，RuO₂的不飽和配位晶格氧容易發生過度氧化，并且由于酸性腐蝕條件和高氧化電位作用容易形成氧空位。氧空位相鄰的釕原子能夠氧化形成可溶性高價態物種，引起RuO₂晶體結構的坍塌，這導致RuO₂的穩定性非常差。

有鑒于此，沙特阿卜杜拉國王科技大學盧旭等報道一種氧陰離子保護策略，通過形成配位飽和晶格氧來防止RuO₂表面形成氧空位，從而保證較好的催化活性與催化穩定性。

主要內容：

（1）

通過密度泛函理論計算、電化學測量和原位光譜表征，說明硫酸鋇錨定能夠阻礙釕的溶解，因此能夠在酸性OER反應中增加催化劑的壽命并且保持活性。

（2）

根據不同金屬陽離子和陰離子之間的結合能區別，篩選發現Ba修飾硫酸根陰離子能夠保護晶格氧原子，Ba_0.3(SO₄)_δW_0.2Ru_0.5O_2?δ催化劑在0.5 M H₂SO₄電解液中達到10 mA cm^-2電流密度的過電勢僅為206 mV，同時穩定性達到>1000 h，比RuO₂的穩定性顯著提高。

通過DFT理論計算和一系列原位光譜表征，發現Ba能夠吸附硫酸根、硫酸根能夠阻礙晶格氧的過渡氧化、穩定氧中間體物種的吸附能、能夠將反應的決速步驟轉變。此外DFT計算還發現W能夠加快反應決速步驟從吸附水分子解離轉變為生成*OOH。通過Ba保護晶格氧策略、W降低反應過電勢，顯著增強酸性OER性能。

這項工作為設計穩定高活性酸性陽極分解水催化劑提供一條新方法。

參考文獻

Yanrong Xue, Jiwu Zhao, Liang Huang, Ying-Rui Lu, Abdul Malek, Ge Gao, Zhongbin Zhuang, Dingsheng Wang, Cafer T. Yavuz & Xu Lu, Stabilizing ruthenium dioxide with cation-anchored sulfate for durable oxygen evolution in proton-exchange membrane water electrolyzers. Nat Commun 14, 8093 (2023)

DOI: 10.1038/s41467-023-43977-7

https://www.nature.com/articles/s41467-023-43977-7