国产aaaa级全身裸体精油片_337p人体粉嫩久久久红粉影视_一区中文字幕在线观看_国产亚洲精品一区二区_欧美裸体男粗大1609_午夜亚洲激情电影av_黄色小说入口_日本精品久久久久中文字幕_少妇思春三a级_亚洲视频自拍偷拍

首頁(yè) > 行業(yè)資訊 > 【催化】JACS：缺陷類(lèi)型對(duì)Co3O4結(jié)構(gòu)演變和催化活性位的影響

【催化】JACS：缺陷類(lèi)型對(duì)Co3O4結(jié)構(gòu)演變和催化活性位的影響

時(shí)間：2023-02-11 來(lái)源： 瀏覽：

【催化】JACS：缺陷類(lèi)型對(duì)Co3O4結(jié)構(gòu)演變和催化活性位的影響

X-MOL資訊
X-MOL資訊

X-molNews

“X-MOL資訊”關(guān)注化學(xué)、材料和生命科學(xué)領(lǐng)域的科研，堅(jiān)持“原創(chuàng)、專(zhuān)業(yè)、深度、生動(dòng)”。公眾號(hào)菜單還提供“期刊瀏覽”等強(qiáng)大功能，覆蓋各領(lǐng)域上萬(wàn)種期刊的最新論文，支持個(gè)性化瀏覽。

收錄于合集

催化劑活性位點(diǎn)的動(dòng)態(tài)演變對(duì)于金屬氧化物的催化析氧反應(yīng)尤為重要。然而，不同缺陷類(lèi)型引起的結(jié)構(gòu)重構(gòu)如何影響催化析氧性能仍然不明確。近日， 天津大學(xué)鄒吉軍、潘倫 團(tuán)隊(duì) 基于氧缺陷和金屬缺陷型 Co 3 O 4 揭示了電解水反應(yīng)中缺陷類(lèi)型對(duì)其重構(gòu)過(guò)程和最終活性結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律。

圖1. 缺陷類(lèi)型對(duì) Co 3 O 4 結(jié)構(gòu)演變和析氧反應(yīng)活性位的影響
高效析氧催化劑的開(kāi)發(fā)對(duì)于提高電解水制氫效率至關(guān)重要。納米 Co 3 O 4 在析氧反應(yīng)中表現(xiàn)出優(yōu)異性能，缺陷工程可進(jìn)一步提高其活性，有效降低過(guò)電勢(shì)和提升反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。實(shí)際上，Co基（及Ni/Fe基）氧化物的優(yōu)異堿性析氧性能與反應(yīng)過(guò)程中自身重構(gòu)形成的羥基氧化物相密切相關(guān)。盡管不同的鈷基化合物（如CoO、 Co 3 O 4 、 CoFe 2 O 4 等）在析氧反應(yīng)過(guò)程中以類(lèi)似的方式轉(zhuǎn)化為羥基氧化物，但這些重構(gòu)結(jié)構(gòu)的催化活性差異較大，這意味著重構(gòu)過(guò)程和最終活性結(jié)構(gòu)高度依賴(lài)于催化劑的初始結(jié)構(gòu)。尤其是缺陷改性的催化劑，其初始結(jié)構(gòu)的缺陷種類(lèi)對(duì)重構(gòu)過(guò)程和最終活性基序的影響尚不明確。因此，揭示重構(gòu)過(guò)程的初始結(jié)構(gòu)依賴(lài)性和重構(gòu)羥基氧化物的電子結(jié)構(gòu)差異，對(duì)于理解真正的活性物質(zhì)和開(kāi)發(fā)高效的析氧催化劑具有重要意義。鄒吉軍團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期從事金屬氧化物催化劑缺陷工程研究，開(kāi)發(fā)了氧缺陷、金屬缺陷、摻雜缺陷等結(jié)構(gòu)的系列構(gòu)筑方法（ Nat. Commun ., 2020 , 11 , 418; J. Am. Chem. Soc ., 2015 , 137 , 2975; J. Am. Chem. Soc ., 2016 , 138 : 1359; ACS Catal. , 2018 , 8 : 3803; Appl. Catal. B , 2020 , 277 , 119247），為本研究提供了關(guān)鍵催化材料支撐。
首先， 利用DFT計(jì)算揭示了缺陷類(lèi)型對(duì) Co 3 O 4 初始結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的影響。 V O 和 V Co 都會(huì)提升 Co 3 O 4 的析氧活性，其中 V Co 的提升更顯著（過(guò)電勢(shì)降低93 mV， V O 降低10 mV @10mA?c m -2 ）。這是由于 Co 3 O 4 的析氧反應(yīng)速控步為吸附*OH的脫質(zhì)子， V Co 激活的晶格 O 2f 通過(guò)氫鍵促進(jìn)了脫質(zhì)子步驟，從熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)兩個(gè)方面促進(jìn)了析氧效率。不同催化劑上活性位點(diǎn)的活性順序如下： Co 2+ ( Co 3 O 4 - V Co ) > Co 2+ ( Co 3 O 4 - V O ) > Co 3+ ( Co 3 O 4 - V Co ) > Co 3+ ( Co 3 O 4 - V O ) > O 2f ( Co 3 O 4 - V Co ) > Co 3+   ( Co 3 O 4 ) > Co 2+ ( Co 3 O 4 )。
然后， 解析了不同缺陷誘導(dǎo)形成的重構(gòu)層結(jié)構(gòu) 。反應(yīng)12 h后的催化劑，整體形貌無(wú)明顯變化，但表層出現(xiàn)約1-3 nm的無(wú)定形重構(gòu)層。拉曼光譜中出現(xiàn)的特征峰劈裂，以及XAS和XPS表征出介于 Co 3 O 4 與CoOOH之間的鈷價(jià)態(tài)和缺陷CoOOH的組成基序（如μ-O/OH- Co 3+ ），表明重構(gòu)催化劑為 Co 3 O 4 @無(wú)定形羥基氧化鈷的核殼結(jié)構(gòu)。

圖2. Co 3 O 4 在堿性析氧反應(yīng)中的重構(gòu)結(jié)構(gòu)：(a) 催化劑活性隨時(shí)間的變化，(b,c) 重構(gòu)催化劑性能，(d-g) 重構(gòu)催化劑表征。
進(jìn)而， 利用原位拉曼技術(shù)跟蹤不同缺陷影響的重構(gòu)過(guò)程。 在析氧反應(yīng)發(fā)生前的電壓下， Co 3 O 4 被大量OH鍵合形成無(wú)定形[Co-(OH ) 6 ]中間狀態(tài)，隨后在析氧電壓區(qū)間發(fā)生快速脫質(zhì)子和產(chǎn)氧反應(yīng)。由于OH吸附和脫質(zhì)子速率的不匹配，導(dǎo)致催化劑表面殘留未反應(yīng)的OH/O基團(tuán)，這些基團(tuán)的累積導(dǎo)致了不可逆重構(gòu)的發(fā)生。 Co 3 O 4 - V O 對(duì)OH的低吸附能壘和高脫質(zhì)子能壘使其具有重構(gòu)的熱力學(xué)優(yōu)勢(shì)，因此它表現(xiàn)出快速的重構(gòu)速率和最終較厚的重構(gòu)層。然而， Co 3 O 4 - V Co 具有脫質(zhì)子（RDS）的優(yōu)勢(shì)，表面殘基較少，催化劑表面在析氧過(guò)程中得到較大程度的恢復(fù)，因此重構(gòu)層較薄。

圖3. Co 3 O 4 的重構(gòu)過(guò)程表征：(a-c) 原位拉曼，(d-f) 拉曼峰比值，(g) 重構(gòu)過(guò)程示意圖。
最后， 利用理論計(jì)算模擬吸收譜并解析活性結(jié)構(gòu)。 初始的氧缺陷和鈷缺陷都會(huì)在重構(gòu)催化劑中誘導(dǎo)高析氧活性的橋Co位點(diǎn)，分別導(dǎo)致橋Co-Co距離的擴(kuò)大和收縮。 Co 3 O 4 - V Co -OER的橋Co位點(diǎn) (S5) 最短距離為3.38 ?，優(yōu)化了*OH吸附和去質(zhì)子的能壘，并顯示出最高的析氧活性，優(yōu)于 Co 3 O 4 - V O -OER和 Co 3 O 4 -OER。該發(fā)現(xiàn)將有助于研究析氧過(guò)程中的真實(shí)活性位點(diǎn)，助力高活性電催化劑的設(shè)計(jì)與制備。

圖4. 重構(gòu)催化劑的析氧活性：(a-c) 模擬的重構(gòu)催化劑表層結(jié)構(gòu)，(d,e) 重構(gòu)催化劑活性位點(diǎn)及對(duì)OH/O中間體的吸附，(f-j) 橋間距對(duì)橋位活性位點(diǎn)性能的影響。
這一成果近期發(fā)表在 Journal of the American Chemical Society 上，文章的第一作者是 張蓉蓉 博士。
原文（掃描或長(zhǎng)按二維碼，識(shí)別后直達(dá)原文頁(yè)面）：
Tracking the Role of Defect Types in Co 3 O 4 Structural Evolution and Active Motifs during Oxygen Evolution Reaction
Rongrong Zhang, Lun Pan*, Beibei Guo, Zhen-Feng Huang, Zhongxin Chen, Li Wang, Xiangwen Zhang, Zhiying Guo, Wei Xu, Kian Ping Loh, Ji-Jun Zou*
J. Am. Chem. Soc ., 2023 , 145 , 2271–2281, DOI: 10.1021/jacs.2c10515
作者介紹
通訊作者：

鄒吉軍，天津大學(xué)化工學(xué)院講席教授，博士生導(dǎo)師，教育部長(zhǎng)江學(xué)者特聘教授，國(guó)家萬(wàn)人計(jì)劃科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才。主要從事能源化工和可再生氫能研究，獲得國(guó)家自然科學(xué)二等獎(jiǎng)、侯德榜化工科技創(chuàng)新獎(jiǎng)、石化聯(lián)合會(huì)青年科技突出貢獻(xiàn)獎(jiǎng)、全國(guó)優(yōu)秀博士學(xué)位論文等獎(jiǎng)勵(lì)。在 Nat Energy、Nat Commun、J Am Chem Soc、Angew Chem、AIChE J、Adv Mater 等期刊發(fā)表論文160余篇，獲得美國(guó)及中國(guó)授權(quán)發(fā)明專(zhuān)利30余項(xiàng)。擔(dān)任 RSC Advances 副編輯、燃料化學(xué)學(xué)報(bào)、含能材料等期刊編委。
https://www.x-mol.com/university/faculty/13132

潘倫，天津大學(xué)化工學(xué)院特聘研究員，博士生導(dǎo)師，國(guó)家優(yōu)秀青年基金獲得者。從事綠色高能燃料和催化反應(yīng)工程研究，主持國(guó)家自然基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)課題、教育部、產(chǎn)學(xué)研等項(xiàng)目15項(xiàng)，入選天津市青年科技優(yōu)秀人才、天津市青協(xié)優(yōu)秀青年科技工作者等。在 Nat Energy、Nat Commun、J Am Chem Soc、AIChE J、Chem Eng Sci 等期刊發(fā)表論文60余篇。授權(quán)中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利10余項(xiàng)。擔(dān)任 Green Energy & Environment、The Innovation、Chinese Chemical Letters 等期刊的編委或青年編委。
https://www.x-mol.com/university/faculty/49702
第一作者：

張蓉蓉，本科和博士（直博）就讀于天津大學(xué)，博士期間在加州大學(xué)洛杉磯分校（UCLA）聯(lián)合培養(yǎng)，目前在新加坡國(guó)立大學(xué)（NUS）做博士后。研究方向?yàn)槔碚撚?jì)算和缺陷化學(xué)（催化領(lǐng)域）。以一作/共一在 J Am Chem Soc, Nat Commun, Angew Chem, ACS Catal, Appl Catal B 等期刊發(fā)表論文9篇。
點(diǎn)擊“ 閱讀原文 ”，查看  化學(xué) ? 材料  領(lǐng)域 所有收錄期刊

版權(quán)：如無(wú)特殊注明，文章轉(zhuǎn)載自網(wǎng)絡(luò)，侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系cnmhg168#163.com刪除！文件均為網(wǎng)友上傳，僅供研究和學(xué)習(xí)使用，務(wù)必24小時(shí)內(nèi)刪除。
相關(guān)推薦