人类正面临着巨大且不断增长的能源需求,因此需要建立在清洁和丰富的可再生能源基础上的新能源模式。1 在此背景下,电催化和光电催化有望使太阳能和风能等可再生能源克服其能量输出的瞬时性。2–6 开发高效、选择性且耐用的催化剂一直是许多研究的重点。本期专题汇集了基础和应用科学的最新进展,涉及(光)电催化剂的合成、特性、机理和性能,用于储能和将小分子转化为有用的特种和商品化学品和燃料。本期重点介绍的电催化剂和光电催化剂包括金属酶、均相和负载分子催化剂以及
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Xueting Feng 1,5 , Jiyuan Liu 2,5 , Long Chen 3 , Ya Kong 1 , Zedong Zhang 4 , Zixuan Zhang 1 , 2
随着全球气温升高和温室气体排放增加,多数工业过程都致力于实现碳中和。然而,有一个过程的碳足迹极高,占全球二氧化碳排放量的 6% 并消耗全球能源的约 1-2%1,那就是哈伯-博世法 2 氨合成过程。氨是农业、各类工业和能源应用中不可替代的前体3,4,迫切需要通过光催化、电催化或光电催化途径开发更绿色的 NH 3 合成技术以满足当前需求。5,6 实现氨经济的最佳目标是开发一种像固氮酶一样在环境条件下将 N 2 还原为 NH 3 的催化剂。电催化固氮途径由于其效率和环境友好性而成为有吸引力的替代方案。 7,8 然而,由于 N2 是一种高度稳定的分子,其 N–N 三键能量为 940 kJ mol 1,因此与电催化氮还原反应 (NRR) 相关的动力学较慢,法拉第效率较低。7
pyrochlore氧化物由于其阳离子电荷和阴离子缺乏效率而被认为是各种电化学应用的活性候选物。同时,pyrochlore的阳离子取代是改善电极材料催化活性的关键参数。在此背景下,本文旨在合成二氧化甲氧化物氧化物氧化物氧化物纳米颗粒(BI 0.6 y 1.4 SN 2 O 7; byso nps),并构建抗抗毒性氯丙嗪(CHPMZ)的电化学传感器。通过共沉淀技术进行催化剂,然后进行热处理。分析方法,例如P-XRD,FT-IR,TGA和XPS,确认了Bi3þ的成功取代。通过Fe-SEM和TEM技术分析了准备的催化剂的形态,这表明纳米颗粒的大小为⁓20E 30 nm。从CV结果中,阳离子的取代增强了CHPMZ的电催化氧化,这是由于固有活性增强而具有较大大小阳离子的替代性和pyrochlore结构的阴离子缺乏效率。此外,计算出BYSO/SPCE上CHPMZ的异质速率常数为4.49 10 3 cm/s,这表明BYSO/SPCE上CHPMZ的氧化是准可逆的。用BYSO NPS修饰的电极显示较宽的线性范围(0.01 E 58.41 m m,78.41 E 1158 m m),高灵敏度(1.03 m A/ m m/ cm/ cm 2),低检测极限为3 nm。修改的电极显示出良好的选择性,可重复性和良好的稳定性,可检测CHPMZ。©2022 Elsevier Ltd.保留所有权利。此外,构造的传感器在人类血清和尿液样品中恢复良好的实践分析中显示出令人鼓舞的结果。
聚合物太阳能电池(PSC)因其机械柔性、重量轻和大规模卷对卷制造等优势,作为一种有希望的可再生能源技术而备受关注。近年来,PSC 取得了长足的进步,这得益于新型光伏材料的开发和活性层形貌的调节。到目前为止,使用 p 型聚合物作为供体和 n 型小分子作为受体的 PSC 的光电转换效率(PCE)已超过 19%。其中,全 PSC 因其更高的热稳定性和机械柔性而被视为最有希望实现商业应用的候选材料之一。随着人们对聚合物受体材料的设计和合成投入巨大努力,包括苝二酰亚胺 (PDI)、萘二酰亚胺 (NDI)、B ← N- 桥联吡啶聚合物和聚合小分子受体 (PSMA),光伏性能得到了显着提高,PCE 超过 18%。与 PDI、NDI 和 B ← N 型聚合物受体相比,PSMA 因其吸收范围更广、吸收系数更强而受到更多关注。为了进一步提高全 PSC 的 PCE,合成高性能聚合物受体和精细调节活性层形貌至关重要。由于 Y 系列 SMA 在 PSC 中的巨大成功,一种广泛使用的合成聚合物受体的方法是聚合 Y 系列 SMA(图 1)。Wang 等人。 (2020) 报道了一种以 Y5-C20 为结构单元、噻吩为桥联单元的 PYT 窄带隙 PMSA,并详细研究了不同分子量对 PYT 光电性能和活性层形貌的影响。结果表明,中等分子量的 PYT 与 PM6 表现出合适的混溶性,有利于获得更均衡的载流子迁移率、更强的分子间聚集性、更有序的特性、更高的电荷传输能力和更少的能量损失,与低分子量和高分子量的 PYT 相比,其光伏性能提高了 13.44%。此外,当在分子主链上采用三种不同功能单元的无规共聚时,可以通过改变不同部分的摩尔比来轻松调节所得聚合物的能级和吸收光谱等光电性能。基于这一策略,Du 等人(2020) 通过随机共聚 3-乙基酯噻吩 (ET) 与 A-DA ' DA 型 SMA 单元 (TPBT-Br) 和噻吩桥联单元,合成了一系列三元共聚物 PMSAs PTPBT-ET xs。研究发现
全球能源需求不断增长及其相关的温室气体排放所造成的能源危机促使人们迫切需要控制和减轻大气中的二氧化碳水平。利用二氧化碳作为碳库生产增值产品是循环经济的基石。在二氧化碳利用策略中,通过电化学还原二氧化碳转化为燃料和化学品由于其多功能性和最终产品的灵活性而蓬勃发展。尽管 C 2 和 C 2 + 化合物在化学和经济上是更具吸引力的目标,需要先进的催化材料,但其中大多数研究都集中在 C 1 产品上。尽管 C 2 + 产品的形成途径复杂,但它们的多种多样的应用促使人们寻找合适的电催化剂。在这篇综述中,我们全面收集和分析了 C 2 + 产品方面的进展,不仅考虑了催化剂设计和电化学特性,还考虑了技术经济方面,以设想最有利可图的方案。这项最先进的分析表明,将 CO2 电化学还原为 C2 产品将在化学工业脱碳中发挥关键作用,为低碳未来铺平道路。
摘要 高熵材料因其结构的复杂性和性能的优越性已被广泛证实是一种可能的先进电催化剂。人们已做出大量努力来模拟高熵催化剂的原子级细节,以提高自下而上设计先进电催化剂的可行性。在本综述中,首先,我们概述了基于密度泛函理论的各种建模方法的发展。我们回顾了用于模拟不同高熵电催化剂的密度泛函理论模拟的进展。然后,我们回顾了用于电催化应用的高熵材料模拟的进展。最后,我们展示了该领域的前景。缩写:HEMs:高熵材料;CCMs:成分复合材料;DFT:密度泛函理论;LDA:局部密度近似;GGA:广义梯度近似;VASP:维也纳从头算模拟软件包;ECP:有效核势; PAW:投影增强波势;VCA:虚拟晶体近似;CPA:相干势近似;SQS:特殊准随机结构;SSOS:小集有序结构;SLAE:相似的局部原子环境;HEA:高熵合金;FCC:面心立方;BCC:体心立方;HCP:六方密堆积;ORR:氧还原反应;OER:氧化物析出反应;HER:氢析出反应;RDS:限速步骤;AEM:吸附质析出机理;LOM:晶格氧氧化机理;HEOs:高熵氧化物;OVs:氧空位;PDOS:投影态密度;ADR:氨分解反应;NRR:氮还原反应;CO 2 RR:CO 2 还原反应;TMDC:过渡金属二硫属化物;TM:过渡金属; AOR:酒精氧化反应;GOR:甘油氧化反应;UOR:尿素氧化反应;HEI:高熵金属间化合物。
氢化酶(H 2 ASE)有效地将H +与H 2相互互换,其离职数(吨)(10 2 - 5 mol S -1)。1,2基于这些金属酶的活性位点存在的金属中心,三种类型的h 2 ASE在自然界中是已知的 - [Fe - Fe] H 2 ASE,[Ni - Fe] H 2 ASE和fe-fe-fe-H 2 ASE。3,4中,[Fe - Fe] H 2 ASE对H 2代的选择更具选择性,[Ni - Fe] H 2 ASE对H 2氧化是选择性的,而在氢化物受体/供体底物的前提中,仅Fe-H 2 ASE与H 2或产生H 2或产生H 2。5,6 [Fe - Fe] H 2 ASE活性位点的高分辨率X射线晶体结构表明,A Fe 2 S 2(CO)3(CO)3(CO)3(CN)2有机金属核心(2FE子站点)的一个铁中心附着于[Fe 4 s 4]通过铜氨基固醇(Schemine(Schemine 1a and B))。4,7,8键二甲基二硫代硫酸酯(ADT)部分桥梁之间的两个Fe 2 S 2 S 2(CO)3(CO)3(CN)2有机型tallic核心之间的桥梁。两个铁中心中的每个中心都与一个 - 配体和一个 - cn-配体协调。9,10 A - Co Gridges两者