【做計算 找華算】理論計算助攻頂刊，10000+成功案例，全職海歸技術團隊、正版商業軟件版權！經費預存選華算，高至15%預存增值！1. Adv. Energy Mater.：高熵氧化物催化劑助力OER基於混合過渡金屬（transition-metals, TM）的催化劑已顯示出用於水分解的巨大潛力，但是納米材料的常規合成受到室溫平衡和奧斯特瓦爾德（Ostwald）熟化的強烈限制。其中，超快的溫度循環能夠合成高熵合金納米顆粒的亞穩態金屬相，然後在水性電解質中使用時轉變為氧化物/氫氧化物納米顆粒。基於此，美國麻省理工學院李巨教授（通訊作者）等人報道了通過快速焦耳加熱和淬火在碳纖維上原位合成了一種非貴金屬的高熵氧化物（high entropy oxide, HEO）催化劑。對比貴金屬IrO2催化劑，三元到六元（FeNiCoCrMnV）HEO納米顆粒的不同組成對催化析氧反應（OER）具有更高的活性。合成的HEO還表現出比IrO2高兩個數量級的穩定性，這是由於通過OER過程激活的碳化物介導的與基底的親密度更強。添加Cr、Mn和V提高了OER活性，而Cr對Fe、Ni和Co活性位點的氧化態影響更大。其中，添加Cr通過促進活性元素（Co、Ni和Fe）的更高氧化態來提高OER活性。此外，添加Cr有助於最大限度地提高吸附的高氧化物質和表面氧物種（O2/OH-）的量。對於非貴金屬HEO，觀察到了極大的穩定性，在較高的電流密度下，沒有發現性能下降。其中，穩定性源於通過在HEO納米顆粒和來自基底的碳之間形成強金屬-碳化物鍵而實現的強化學親和性。在長時間的ADT測試和Cr完全溶解後，由於活性物質的氧化態的細微降低，OER催化活性下降。因此，鼓勵對不同合金化比例進行進一步的詳細研究，以設計出具有更高活性的優化催化劑，以滿足所需的使用壽命。Carbothermal Shock Synthesis of High Entropy Oxide Catalysts: Dynamic Structural and Chemical Reconstruction Boosting the Catalytic Activity and Stability toward Oxygen Evolution Reaction. Adv. Energy Mater., 2022, DOI: 10.1002/aenm.202200742.https://doi.org/10.1002/aenm.202200742. 2. Adv. Energy Mater.：實時模擬N配位Ni單原子的電子結構：NiS將CO2電化學還原為CON-配位Ni單原子（N-coordinated Ni single atom, Ni-NC）是CO2還原反應（CO2RR）生成CO的最佳催化劑之一，但是沒有塊體Ni材料對CO2RR表現出高催化活性。基於此，韓國科學技術研究院Hyung-Suk Oh和Woong Hee Lee（共同通訊作者）等人報道了實時模擬具有Ni-NC電子結構的NiS納米顆粒可以增強零間隙電解槽中的CO2RR活性。在文中，作者利用H2S熱處理的浸漬法製備了碳負載的硫化鎳納米顆粒（記為NiS）。根據原位/Operando X射線吸收精細結構（XAFS）分析，在一定的陰極電位下，NiS的電子結構轉變為類似於Ni-NC催化劑的電子結構。與金屬Ni和Ni氧化物納米顆粒不同，這種實時模擬的NiS電子結構顯示出增強的CO2RR對CO產生的活性。然而，由於S物種的損失，NiS表現出低穩定性，這是模擬N配體的關鍵。基於原位/Operando XAFS和穩定性測試後的非原位分析，作者提出了NiS電極實時模擬電子結構的起源假設，並討論了模擬電子結構策略的挑戰。此外，該工作為從以前通常未被考慮的材料開發催化劑提供了新的見解。Real-Time Mimicking the Electronic Structure of N-Coordinated Ni Single Atoms: NiS-Enabled Electrochemical Reduction of CO2 to CO. Adv. Energy Mater., 2022, DOI: 10.1002/aenm.202201843.https://doi.org/10.1002/aenm.202201843. 3. Sci. Adv.：破紀錄收率！LSF@LiBr助力正丁烷的氧化脫氫正丁烷的氧化脫氫（Oxidative dehydrogenation, ODH）有可能有效地生產丁二烯，而不會產生平衡限制或焦炭形成。儘管進行了廣泛的研究工作，但在具有氣態O2的傳統催化ODH中，單程丁二烯產率限制在<23%。基於此，美國北卡羅來納州立大學李凡星教授（通訊作者）等人報道了熔融的溴化鋰（LiBr）作為一種有效的促進劑來修飾具有氧化還原活性的鈣鈦礦氧化物，即La0.8Sr0.2FeO3（LSF），用於正丁烷的化學鏈式氧化脫氫（chemical looping-oxidative dehydrogenation of n-butane, CL-ODHB）。在工作狀態下，氧化還原催化劑由覆蓋在固體LSF基底上的熔融LiBr層組成。改性鈣鈦礦（LSF）在ODH步驟中用正丁烷還原，然後通過循環氧化還原模式用空氣再氧化。通過這樣做，作者將空氣分離與催化ODH相結合，同時避免了O2和正丁烷之間的直接接觸。在文中，作者實現了42.5%的丁二烯收率，幾乎是文獻報道的最大收率的兩倍。表徵和從頭算分子動力學（AIMD）模擬表明，LSF上形成的過氧化物與熔融的LiBr反應形成活性原子Br，作為C-H鍵活化的反應中間體，同時熔融的LiBr層抑制了非選擇性CO2的形成。該氧化還原催化劑設計策略可以擴展到其他輕質烷烴的CL-ODH，例如異丁烷轉化為異丁烯，為烯烴生產提供通用方法。Alkali metal halide-coated perovskite redox catalysts for anaerobic oxidative dehydrogenation of n-butane. Sci. Adv., 2022, DOI: 10.1126/sciadv.abo7343.https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abo7343. 4. Nat. Commun.：耐CO的RuNi/TiO2催化劑用於粗氫儲存和提純通過合適的有機底物的催化加氫來儲存氫氣，有助於提高氫能的體積密度。其中，利用價格低廉的工業粗氫來存儲氫氣顯示出更有經濟吸引力，但是由於粗氫中的一氧化碳（CO）雜質即使是痕量也很容易使金屬活性位點失活，因此這種方法尚未實現。基於此，北京大學馬丁教授和華東理工大學戴升教授（共同通訊作者）等人報道了一種兼具CO甲烷化和甲苯加氫性能的穩定的RuNi/TiO2催化劑，將粗氫儲存和提純的概念變為現實。在大氣壓下，RuNi/TiO2催化劑能夠在1000-5000 ppm CO雜質的模擬粗製氫進料下，在180 °C左右將甲苯有效氫化成甲基環己烷（methyl-cyclohexane, MCH）。實驗測試發現，在粗氫（0.5% CO/H2, v/v）和甲苯蒸汽（WHSV=1.4 h-1）為原料下，優化後的催化劑在反應24 h內MCH產率保持在60%以上，並將氫氣流出口CO濃度降低至0.01%。結合原子分辨顯微和光譜研究表明，在還原過程中，Ru和Ni物種的共定位促進了緊密耦合的金屬Ru-Ni團簇的形成。在催化加氫過程中，由於獨特的鍵合特性，Ru和Ni分別作為CO甲烷化和甲苯加氫的活性位點。該工作為未來氫氣經濟中粗氫的有效利用和純化提供了新的見解。CO-tolerant RuNi/TiO2 catalyst for the storage and purification of crude hydrogen. Nat. Commun., 2022, DOI: 10.1038/s41467-022-32100-x.https://doi.org/10.1038/s41467-022-32100-x. 5. Adv. Sci.：N, O-CNTs協同促進高選擇性電化學ORR生成H2O2電化學2-電子氧還原反應（ORR）是可再生和原位生產過氧化氫（H2O2）的一種有前景的途徑。其中，富氧碳納米管（CNTs）已被證明具有高選擇性（≈80%），但是定製碳納米管的組成和結構以進一步提高選擇性和拓寬工作電壓範圍仍然是一個挑戰。基於此，北京化工大學孫曉明教授和田書博副教授、新西蘭奧克蘭大學王子運（共同通訊作者）等人報道了他們結合甲酰胺縮合塗層和溫和的溫度煅燒，合成了一種氮和氧共改性碳納米管（N, O-CNTs）電催化劑。實驗測試發現，N, O-CNTs電催化劑在寬電壓範圍（從0到0.65 V vs. RHE）顯示出優異的H2O2選擇性（>95%），明顯優於CNTs（在0-0.65 V vs. RHE中約為50%）和O-CNTs（在0.3-0.65 V vs. RHE中約為80%）的相應選擇性值。密度泛函理論（DFT）計算表明，O摻雜可以有效提高2電子ORR活性，而N相關物種進一步減少了由於氧積累引起的失活，從而提供了穩定和高催化位點。O-和N-物種共同優化了CNTs的*OOH吸附並導致高選擇性。通過使用優化的N, O-CNTs電催化劑，調整不對稱潤濕性來設計Janus電極，能持續24 h以264.8 mol kgcat-1 h-1的速率生產H2O2，證實了其穩定性。此外，利用N, O-CNTs組裝的Janus電極的H電池作為工作電極，不需要額外的補充氧氣。總之，雜原子輔助催化策略為優化用於電化學催化的碳基催化劑開闢一條新途徑。Synergistic Effects in N, O-Comodified Carbon Nanotubes Boost Highly Selective Electrochemical Oxygen Reduction to H2O2. Adv. Sci., 2022, DOI: 10.1002/advs.202201421.https://doi.org/10.1002/advs.202201421. 6. Nano Research：Cu-N-G電催化CO2還原並提高對乙醇的選擇性將溫室氣體CO2電化學還原為增值燃料和化學品為解決能源危機和環境變化問題提供了一條有希望的途徑。然而，對C2產物的選擇性和競爭性析氫反應（HER）是CO2還原反應（CO2RR）面臨的主要挑戰。基於此，濟南大學王海青講師和山東第一醫科大學Dejin Zang（共同通訊作者）等人報道了一種界面增強策略，通過在銅泡沫表面上沉積薄層氮摻雜石墨烯（N-G）來選擇性地促進 CO2RR 中的乙醇途徑，即Cu-N-G。與純Cu和Cu@石墨烯（Cu-G）無法檢測到的乙醇選擇性相比，Cu-N-G在-0.8 V vs. RHE時的總法拉第效率（FE）將乙醇選擇性提高到33.1%。實驗和密度泛函理論（DFT）結果證實，互連石墨烯塗層不僅可以作為快速電荷傳輸通道，而且還可以為傳質提供有限的納米空間。其中，N摻雜不僅可以觸發N-G中的N與CO2分子之間的內在相互作用，從而豐富反應物的局部濃度，而且還可以促進Cu的平均價態用於C-C耦合途徑。Cu-N-G界面的限制效應不僅可以提供高吸附氫（Had）覆蓋率，還可以穩定關鍵的⋆HCCHOH中間體朝向乙醇途徑。該工作所提供的界面增強策略有望激發Cu基CO2RR電催化劑的設計，以實現多碳產物。Confined interface engineering of self-supported Cu@N-doped graphene for electrocatalytic CO2 reduction with enhanced selectivity towards ethanol. Nano Research, 2022, DOI: 10.1007/s12274-022-4698-3.https://doi.org/10.1007/s12274-022-4698-3. 7. Nano Research：π-電子共軛多孔CN棒助力芳香醇氧化和HER利用聚合氮化碳（CN）材料進行光催化是一個不斷發展的領域，其中合成過程的變化可以通過解決這些材料的固有限制（光吸收、比表面積、電荷遷移等）來不斷提高活性。在可能的光催化反應中，CNs最流行的應用是水的析氫反應（HER）。基於此，以色列內蓋夫本·古里安大學Menny Shalom（通訊作者）等人報道了一種精確控制的碳摻雜多孔CN棒，該棒具有擴展的π-電子共軛，其由超分子組裝的蜜勒胺（melem）和共聚單體組成，部分取代了蜜勒胺嘧啶環上的碳原子。基於蜜勒胺的超分子框架的密集氫鍵和良好的熱穩定性允許合成更有序的結構以改善電荷遷移；從分子水平對碳取代氮位點的控制調整了帶排列和光生電荷分離。最佳光催化劑表現出優異的HER速率（在100 W白光發光二極管（LED）照射下高達10.16 mmol·h-1·g-1，在405 nm處的表觀量子效率為20.0%，是參考散裝CN的23.2倍）。光催化HER性能高於大多數通過各種方法合成的具有不同形態的CN材料。通過簡單地調整反應氣氛和時間，可實現在相應芳香醇的氧化中對芳香醛或芳香酸產物的選擇性可控。出色的光催化性能源於（1）獨特的多孔結構，提供大量活性位點並有利於光收集；（2）結構中庚嗪單元的重複，允許快速電荷遷移；（3）在庚嗪核心（在嘧啶環上使用共聚單體）用一些N取代C，增加了所得CN的碳含量並導致尾部吸光度和更好的電荷分離效率。該工作舉例說明了由於對結構-功能關係的理解，超分子組裝策略中結構基序的設計如何顯着提高光催化活性。Aromatic alcohols oxidation and hydrogen evolution over π-electron conjugated porous carbon nitride rods. Nano Research, 2022, DOI: 10.1007/s12274-022-4717-4.https://doi.org/10.1007/s12274-022-4717-4. 8. Chem. Sci.：1T/2H-MoSx單層電催化劑用於氮氣選擇性加氫制氨在環境條件下，電化學固氮有望實現可持續的氨（NH3）生產，但是受到高反應勢壘和競爭性析氫反應（HER）的阻礙，導致現有催化劑的選擇性和法拉第效率（FE）低。基於此，安徽大學鹿可教授、蘇州大學宋波教授和美國北伊利諾伊大學Yingwen Cheng（共同通訊作者）等人報道了二硫化鉬（MoS2）在熔融鈉中的活化，並導致通過還原和相變同時形成具有富含硫空位的異質結1T/2H-MoSx單層電催化劑。實驗測試發現，所製備的1T/2H-MoSx催化劑表現出電催化氮氣（N2）轉化為NH3的內在活性，法拉第效率（FE）為20.5%，平均產生NH3速率為93.2 μg h-1 mgcat-1。具有硫空位的界面異質結協同作用以增加電子定位以鎖定N，並抑制質子複合。1T相促進H-OH解離，而S作為H-穿梭位點並穩定Had*。Had*隨後與附近的N2和NHx中間體結合在Mo位點上，從而極大提高了催化劑的活性。第一性原理計算表明異質結與硫空位有效降低了氮還原電位確定步驟的能壘，並結合operando光譜分析驗證了締合電化學氮還原途徑。該工作為操縱硫屬化物空位和相結以激發單層MoS2的獨特催化特性提供了新的見解。Activation of MoS2 Monolayer Electrocatalysts via Reduction and Phase Control in Molten Sodium for Selective Hydrogenation of Nitrogen to Ammonia. Chem. Sci., 2022, DOI: 10.1039/D2SC03804H.https://doi.org/10.1039/D2SC03804H.【做計算 找華算】華算科技專業靠譜、正版商業軟件版權、全職海歸計算團隊，10000+成功案例！用戶研究成果已發表在Nature子刊、Science子刊、AM系列、ACS系列、RSC系列、EES等國際頂級期刊。電話同微信：13622320172
留言列表
留言列表