生物质原料的价值化(例如涉及 5-羟甲基糠醛和甘油的氧化还原反应)也已被用于生产高价值燃料和化学品。3,4 电化学转换方案比传统的热方案有几个优势,包括(i)可在室温和常压下操作,5 (ii) 高度分布的基础设施,(iii) 在氢化反应中使用丰富的 H 2 O 分子代替昂贵的 H 2 和 (iv) 能够对所需产物实现高选择性,防止产生浪费/有毒的副产物。开发具有高内在活性和对所需产物的选择性的地球丰富且稳定的电催化剂对于广泛实施电化学能量转换方案至关重要。我们社区使用两种常见策略来提高电催化系统的活性:(a)通过增加催化剂负载或中观/纳米结构(通常称为粗糙化)来增加活性位点的数量和(b)发现/设计具有更高内在活性的新活性位点。前一种策略(a)的挑战是(1)催化剂在更宽的电极上的分布会导致质量传输的额外限制,(2)增加现有贵金属催化剂的负载会导致成本增加,以及(3)增加负载只能将几何活性提高最多三个数量级。6因此,提高电催化剂的内在活性是
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
基于微电极上葡萄糖电氧化的紧凑型电化学装置[1-4]具有广泛的应用范围,包括食品工业(果汁中葡萄糖含量的分析)[5,6]和医学(作为植入式心脏刺激器的电源和血液中的葡萄糖传感器)[7-10]。在宏观紧凑电极上最大化电流(和功率)密度的一种方法依赖于纳米结构表面,这增加了电化学活性的比表面积。纳米多孔阳极氧化铝(AAO)提供了一个有趣的模板系统,可通过涂敷电催化剂来创建此类电极。它们平行的圆柱形孔隙的几何形状有利于在紧凑的体积中提供高表面积,同时允许有效地往返于表面的运输,从而优化系统的整体催化活性[11-13]。 AAO 作为模型模板系统最吸引人的特点是可以根据制备参数(阳极氧化电压和持续时间、电解质类型、随后的各向同性化学蚀刻)直接控制几何参数(孔径和长度、孔间距)[14,15]。AAO 模板合成的制备技术得到了广泛的研究:开发了不同质量的合成方法
摘要:在过去的几十年中,X 射线吸收光谱 (XAS) 已成为探测非均相催化剂结构和成分、揭示活性位点的性质以及建立催化剂结构模式、局部电子结构和催化性能之间联系的不可或缺的方法。本文将讨论 XAS 方法的基本原理,并描述用于解读 X 射线吸收近边结构 (XANES) 和扩展 X 射线吸收精细结构 (EXAFS) 光谱的仪器和数据分析方法的进展。本文将介绍 XAS 在非均相催化领域的最新应用,重点介绍与电催化相关的示例。后者是一个快速发展的领域,具有广泛的工业应用,但在实验表征限制和所需的高级建模方法方面也面临着独特的挑战。本综述将重点介绍使用 XAS 对复杂的现实世界电催化剂获得的新见解,包括其工作机制和化学反应过程中发生的动态过程。更具体地说,我们将讨论原位和原位 XAS 的应用,以探测催化剂与环境(载体、电解质、配体、吸附物、反应产物和中间体)的相互作用及其在适应反应条件时的结构、化学和电子转变。
2 School of Mechanical and Aerospace Engineering, Nanyang Technological University, 639798, Singapore 3 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China 4 Department of Chemical and Biomolecular Engineering, Yonsei University, Seoul 03722, Republic of Korea 5 SUNCAT Center for Interface Science and Catalysis, Department of Chemical Engineering, Stanford University, California 94305, USA 6 Cintra CNRS/NTU/Thales,Umi 3288,研究技术广场,637553,新加坡7催化理论中心,丹麦技术大学物理学系,丹麦林格比,丹麦2820 8材料学院,Sun Yat-Sen University,Sun Yat-Sen University,Sun Yat-Sen University,Sun Yat-Sen University,Puangzhou 510275,Cungzhou 510275 Nanyang Technological University Electronic Engineering,639798,新加坡†同等贡献通讯作者。*Byungchan Han:bchan@yonsei.ac.kr; ** pingqi gao:gaopq3@mail.sysu.edu.cn; *** hong li:ehongli@ntu.edu.sg电话:+0065 6790 5519
氧化态通常由 Mo 2 C 的表面氧化引起,迄今为止,它们在 Mo 2 C 基催化剂的 HER 中的作用很少受到关注。O – Mo – C 界面可能在 Mo 2 C 催化剂中普遍存在,尽管这方面尚未得到详细研究。这是一个值得注意的疏忽,因为高度氧化的 Mo 中心很可能是从质子产生 H 2 的生产位点。在这项工作中,我们旨在探究薄而明确的氧化层和 O – Mo – C 界面对 N 掺杂碳负载的 Mo 2 C 的 HER 活性的作用。通过热解涂有钼-单宁酸配位聚合物的 ZIF-8 纳米晶体,成功制备了超细 b-Mo 2 C 纳米粒子 (b-Mo 2 CNP),该纳米粒子被限制在 N 掺杂多孔碳的空心胶囊内 (表示为 b-Mo 2-C@NPCC)。我们进一步发现,当暴露在空气中时,钼原子的表面层立即原位氧化为原子 Mo-O 表面层。这种方法确保了表面氧化的 Mo 原子和下面的 b-Mo 2 C 之间的强界面耦合,从而创建了优化的 O-Mo-C 表面电子转移途径,以实现高效的电催化。由于具有丰富的O – Mo – C界面,b -Mo 2 C@NPCC表现出优异的HER电催化活性,在0.5 MH 2 SO 4和1 M KOH中仅需80和132 mV的过电位即可达到10 mA cm 2 的催化电流密度。相应的Tafel斜率非常低(在H 2 SO 4中仅为40 mV dec 1,在KOH中仅为49 mV dec 1)。理论计算证实了O – Mo – C纳米界面对b -Mo 2 - C@NPCC优异的HER性能的益处。我们的工作为合理开发下一代HER催化剂铺平了新道路。
太阳能是唯一足以替代化石燃料的能源。然而,由于阳光的扩散性质,大规模利用太阳能需要高效的能量捕获和储存过程。[3] 光伏 (PV) 电池能够大规模地将太阳能转化为电能,但需要昂贵的储能设备(如电池)来储存和分配电能。储存和分配光伏电池产生的太阳能的另一种解决方案是将太阳能转化成化学能的形式(尤其是 H2 的形式)并储存起来。作为能源载体,H2 具有几个明显的优势,例如易于储存和运输、能量密度高(700 个大气压下约 140 MJKg @ 1)并且没有碳排放(H2 的唯一燃烧产物是水)。[4]