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基于同步辐射多谱学的电催化材料测量
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作者 林运祥 汪莹 +1 位作者 刘恒劼 宋礼 《中国科学:化学》 CAS CSCD 北大核心 2023年第11期2145-2156,共12页
基于电催化过程的能源转化与存储器件是实现绿色可持续发展的关键,催化剂局域结构与反应过程的精准探测与解析是其中的关键问题,如何准确实现上述结构探测具有一定挑战性.基于同步辐射大科学装置的表征方法为全面解析催化剂结构与反应... 基于电催化过程的能源转化与存储器件是实现绿色可持续发展的关键,催化剂局域结构与反应过程的精准探测与解析是其中的关键问题,如何准确实现上述结构探测具有一定挑战性.基于同步辐射大科学装置的表征方法为全面解析催化剂结构与反应过程提供了良好的研究平台,促进了研究人员对催化机理的全面理解.本文立足于本团队的研究结果,针对电催化材料研究的共性科学问题,总结并讨论了基于同步辐射表征方法的电催化材料测量的研究进展和科学机遇.重点综述了同步辐射表征方法的基本原理、同步辐射技术在电催化剂结构、反应过程表征中的应用,总结了用于揭示局域结构-中间物种-催化性能的测量方法.最后,对基于同步辐射的电催化材料测量所面临的挑战和科学机遇进行了展望,希望为相关表征方法和材料设计提供思路. 展开更多
关键词 同步辐射 原位探测 结构解析 催化机理 多谱学探测
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Anomalous self-optimization of sulfate ions for boosted oxygen evolution reaction 被引量:1
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作者 Dengfeng Cao Oyawale Adetunji Moses +16 位作者 Beibei Sheng Shuangming Chen Haibin Pan Lihui Wu Hongwei Shou Wenjie Xu Dongdong Li Lirong Zheng Shengqi Chu Chuansheng Hu Daobin Liu Shiqiang Wei Xusheng Zheng Zeming Qi Xiaojun Wu Jing Zhang Li Song 《Science Bulletin》 SCIE EI CSCD 2021年第6期553-561,M0003,共10页
Broadly,the oxygen evolution reaction(OER)has been deeply understood as a significant part of energy conversion and storage.Nevertheless,the anions in the OER catalysts have been neglected for various reasons such as ... Broadly,the oxygen evolution reaction(OER)has been deeply understood as a significant part of energy conversion and storage.Nevertheless,the anions in the OER catalysts have been neglected for various reasons such as inactive sites,dissolution,and oxidation,amongst others.Herein,we applied a model catalyst s-Ni(OH)2 to track the anionic behavior in the catalyst during the electrochemical process to fill this gap.The advanced operando synchrotron radiation Fourier transform infrared(SR-FTIR)spectroscopy,synchrotron radiation photoelectron spectroscopy(SRPES)depth detection and differential X-ray absorption fine structure(D-XAFS)spectrum jointly point out that some oxidized sulfur species(SO_(4)^(2-))will selfoptimize new Ni–S bonds during OER process.Such amazing anionic self-optimization(ASO)behavior has never been observed in the OER process.Subsequently,the optimization-derived component shows a significantly improved electrocatalytic performance(activity,stability,etc.)compared to reference catalyst Ni(OH)_(2).Theoretical calculation further suggests that the ASO process indeed derives a thermodynamically stable structure of the OER catalyst,and then gives its superb catalytic performance by optimizing the thermodynamic and kinetic processes in the OER,respectively.This work demonstrates the vital role of anions in the electrochemical process,which will open up new perspectives for understanding OER and provide some new ideas in related fields(especially catalysis and chemistry). 展开更多
关键词 Oxygen evolution reaction(OER) operando synchrotron radiation Fourier transform infrared(SR-FTIR)spectroscopy Synchrotron radiation photoelectron spectroscopy(SRPES)depth detection Differential X-ray absorption fine structure(D-XAFS)spectrum Anionic self-optimization(ASO)
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原位^(57)Fe穆斯堡尔光谱技术及其在Ni-Fe基析氧反应电催化剂中的应用
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作者 Jafar Hussain Shah 谢起贤 +7 位作者 匡智崇 格日乐 周雯慧 刘朵绒 Alexandre I.Rykov 李旭宁 罗景山 王军虎 《电化学》 CAS CSCD 北大核心 2022年第3期48-78,共31页
近年来,析氧反应(oxygen evolution reaction)中针对高效且具有成本效益的电催化剂开发一直是构筑有效利用可再生能源存储系统和水分解生产清洁氢能燃料的重大障碍。OER过程涉及四电子、四质子耦合并形成氧-氧(O-O)键,因此动力学上进程... 近年来,析氧反应(oxygen evolution reaction)中针对高效且具有成本效益的电催化剂开发一直是构筑有效利用可再生能源存储系统和水分解生产清洁氢能燃料的重大障碍。OER过程涉及四电子、四质子耦合并形成氧-氧(O-O)键,因此动力学上进程缓慢。为提升其在水分解产氢及二氧化碳还原反应中的应用,需要开发高效催化剂,降低OER过电位,以减轻能量转换过程中固有的能量损失。研究表明,IrO;和RuO;具有较低析氧过电位,但储量低、价格昂贵,大大限制了其在析氧反应中的大规模应用。而Ni-Fe基析氧催化剂在碱性水分解反应中展现了优异的性能,其在水分解过程中的催化机制仍有待进一步研究。为了解决Ni-Fe基催化剂在析氧反应过程中反应位点及催化反应机制等关键问题,迫切需要更先进的原位技术来准确表征,原位追踪催化剂形态变化与电解质/电极之间的界面相互作用的影响。光谱与电化学结合的原位技术可以监测析氧反应过程催化剂自身的变化。目前,已有大量原位光谱技术与电化学进行结合,揭示Ni-Fe基催化剂在OER过程中的反应机理及活性位点,包括原位表面增强拉曼光谱、原位同步辐射X射线吸收光谱、原位紫外-可见光谱、原位扫描电化学显微镜及原位穆斯堡尔光谱等。其中,原位拉曼技术可以观察Ni-Fe催化剂的振动,可以在电解液中施加测试电压条件下监测电化学反应过程中的中间体,从而提供实时反应信息,有助于追踪电化学驱动反应是如何发生的。原位同步辐射技术可以研究OER过程中Ni-Fe催化剂材料的电子结构和局部几何结构的信息,但目前的研究中更多的是探究Ni的价态变化,对Fe的研究信息较少。原位紫外-可见光谱也主要是针对Ni(OH);的变化展开研究,逐渐提高施加电位,Ni(OH);会向着Ni OOH逐渐变化,紫外-可见技术可以追踪Ni-Fe基电催化剂中的金属氧� 展开更多
关键词 析氧反应 Ni-Fe羟基氧化物电催化剂 原位电化学穆斯堡尔光谱技术 Ni-Fe普鲁士蓝类似物 关键中间物表征
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