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湖南大學,王雙印團隊最新Angew!
來源: 時間:2024-05-27 09:46:30 瀏覽:3297次

第一作者:Liyuan GongXiaorong ZhuTa Thi Thuy Nga

通訊作者:王雙印教授、陶李助理教授

通訊單位:湖南大學

DOI: https://doi.org/10.1002/anie.202404713.



研究背景



甲醇氧化反應(MOR)是甲醇燃料電池或制氫的瓶頸反應。雖然甲醇氧化為CO2的理論平衡電位接近氫氧化的平衡電位,但多步反應途徑阻礙了MOR的動力學。通常,MOR高度依賴于酸性電解質中珍貴的Pt-基催化劑,而Pd-基催化劑僅在堿性電解質中表現出MOR活性。同時,反應動力學遲緩和反應中間體中毒嚴重導致反應活性不理想。MOR在實現可持續能源經濟中發揮著核心作用,但由于多電子轉移過程伴隨著大量連續中間體,反應動力學緩慢,限制了甲醇氧化的可持續能源經濟。基于此,湖南大學王雙印教授和陶李助理教授等人報道了一種原子分散的銥(Ir)錨定在多孔碳催化劑(Ir-C SACs)上作為MOR催化劑。



文章要點



1、在高溫聚合物電解質膜電解槽(HT-PEME)中,作者利用單Ir原子催化劑在超低電位(< 0.1 V)下,促進熱電化學一體化,催化了高效的級聯甲醇氧化反應(MOR)。在高溫下,具有較高甲醇親和力的缺電子Ir位點在電壓作用下自發催化CH3OH脫氫生成CO,生成的CO和H2被電化學氧化為CO2和質子。在沒有電壓的情況下,甲醇不能發生熱分解,證實了甲醇氧化過程中熱電化學一體化耦合的必要性。

2、在HT-PEME中,160 ℃下甲醇熱分解為CO和H2,生成的CO和H2隨后被電化學氧化。Ir-C SACs表現出優異的催化性能,在0.4 V下質量活性高達1.8 A mgIr-1,并且通過耦合析氫反應(HER)作為正極,可以實現約18 mol H2 h-1 gIr-1的析氫速率,兩者都優于制備的Ir納米顆粒(Ir-C NP)和商用Pt/C催化劑。同時,熱學和電化學的結合使該系統具有高效的甲醇轉化和低能耗。本研究還證明了單原子催化劑的電化學MOR活性,以一體化的理念拓寬了可再生能源裝置和催化劑的設計。



圖文展示



1.高效甲醇氧化和制氫反應途徑的示意圖

2. Ir-C SACs形貌和結構表征

3. Ir-C SACs的化學狀態和配位信息

4. Ir-C SACs和參考樣品MOR和氣態產物的催化性能

5. DFT計算

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全部 3小時前 四川
文字是人類用符號記錄表達信息以傳之久遠的方式和工具。現代文字大多是記錄語言的工具。人類往往先有口頭的語言后產生書面文字,很多小語種,有語言但沒有文字。文字的不同體現了國家和民族的書面表達的方式和思維不同。文字使人類進入有歷史記錄的文明社會。
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