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能源催化领域最新进展

1.调控晶格氧,增强OER

烧绿石结构Ru基催化剂,即成分为A2Ru2O7-δ的氧化物,是最近出现的酸性条件下最先进的氧析出反应(OER)催化剂之一。近日,苏黎世联邦理工学院Christoph R. Müller,Alexey Fedorov等将组成为Y1.8M0.2Ru2O7-δ(M = Cu,Co,Ni,Fe,Y)的钇钌烧绿石结构催化剂用于OER,研究了A位点取代对OER的活性影响。

点击链接阅读原文:https://doi.org/10.1021/jacs.0c01135

2.贵金属气凝胶,高效EOR和OER


在各种多孔材料中,贵金属气凝胶因其同时具有催化性能和大表面积而备受关注。然而,在制造该材料过程中对关键因素(例如,还原剂和配体)的了解和研究不足限制了其设计、多样性和进一步的应用。

近日,德累斯顿工业大学Alexander Eychmüller等通过揭示还原剂的多种作用,开发了一种高效的贵金属气凝胶合成方法,即过量还原剂介导的凝胶化策略。


点击链接阅读原文:https://www.nature.com/articles/s41467-020-15391-w

3.析氢高效率,循环零损失,钌锚定碳纳米管催化剂一网打尽

韩国蔚山国家科学技术研究所的Javeed Mahmood和Jong-Beom Baek团队成功地研发了一种将Ru纳米颗粒锚定于多壁碳纳米管(MWCNT)的简易合成方法,实验证明Ru @MWCNT催化剂析氢能源效率比商业催化剂Pt/C提高15.4%,并且其法拉第效率也比Pt/C更高,高达92.28%。并且DFT理论计算结果进一步揭示了Ru–C键的形成是Ru@MWCNT催化活性高效而稳定的原因,相关研究以“Ruthenium anchored on carbon nanotube electrocatalyst for hydrogen production with enhanced Faradaic efficiency”为题发表于Nature Communications期刊上。

点击链接阅读原文:https://www.nature.com/articles/s41467-020-15069-3

4.高稳定、高活性纳米金催化剂的可控合成


纳米金催化剂在一氧化碳氧化、丙烯环氧化、醇醛的选择性氧化等众多反应中具有独特的催化反应性能,被认为是一种极具工业应用前景的催化剂。但是纳米金颗粒在高温焙烧或者催化反应过程(甚至低温催化反应)中容易烧结或聚集,导致其催化稳定性较差,极大地限制了纳米金催化剂的工业应用进程。因此,开发高稳定性的纳米金催化剂成为相关领域的研究重点之一。目前,通过金属载体强相互作用、氧化物包裹、分子筛孔道限制等多种方式,可以极大改善纳米金催化剂的稳定性,但是这些方法通常以牺牲部分活性位点为代价,因此纳米金催化剂的催化反应活性较差。

近日,中科院大连化学物理研究所的金催化剂设计与选择氧化研究组(DNL0809)黄家辉研究员团队和催化与新材料研究中心乔波涛研究员团队、燕山大学孙科举教授团队合作,在金催化研究方面取得重要进展,发展了一种兼具高活性以及高稳定性的纳米金催化剂的合成新策略。


点击链接阅读原文:https://www.nature.com/articles/s41467-019-14241-8

5. 综述:在原子水平实现结构调控

点击链接阅读原文:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2590238519303893

6. 单原子/石墨烯-碳纳米管的OER和ORR性能

介孔结构的单原子负载碳基材料在电催化能源转化和储存的领域中具有巨大潜力。有鉴于此,芬兰阿尔托大学、法国图卢兹大学、俄罗斯尼古拉耶夫无机化学研究所、奥地利维也纳大学的研究者通过一步反应气相沉积方法生长高度石墨化(highly graphitized)的石墨烯纳米片(graphene nanoflake-碳管(CNT)复合材料,并实现了NCoMo单原子修饰。反应得到了一种高比表面积介孔材料,这种结构对氧气的传质过程有利,并展现了高催化活性和稳定性(碱性条件)。作者发现材料中金属M(Co, Mo)-C结构是OER催化活性中心,MN-C结构都是ORR催化活性中心。N-Co-Mo-GF/CNT催化剂的ORR动力学过程和OER动力学过程都能通过沉积在Ni基底上提升(基底作用),催化活性是目前报道的最好结果。

点击链接阅读原文: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.0c00352

7.  ZIF衍生单原子负载量可以有多高?

 

碳载贵金属单原子催化剂(PM SAC)有望在质子交换膜燃料电池(PEMFC)得到应用。ZIF是用于高金属负载SAC的理想且常用的载体前体。研究人员已经开发出掺杂(用异金属离子代替Zn)和包封(捕获异金属)的策略。但是,传统的掺杂策略对PM无效,这可能是因为与锌相比,PM的离子半径过大。而封装方法仅将极低的RuPd负载量(低于0.2 wt%)添加到最终催化剂中。因此,仍然非常需要一种新策略将大量PM掺入ZIF中以合成高PM负载的SAC

有鉴于此,北京航空航天大学水江澜教授报道了一种顺序配位方法,将大量PM原子(IrRhPtPd)掺杂到沸石咪唑酸酯骨架(ZIF)中,然后进一步热解成氮配位的PM SACPM含量高达1.2-4.5 wt%,是迄今为止ZIF衍生的SAC中最高的PM含量。

点击链接阅读原文:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/aenm.202000689

8. 部分羟基化的超薄铱纳米片电解水

二维(2D)材料因其独特的物理化学性质和有前途的应用而受到了广泛的关注。然而,独立的超薄2D贵金属的制备仍然是一个重大挑战。有鉴于此,苏州大学黄小青教授首次报道了一种湿化学方法来合成仅具有56个原子层厚度的部分羟基化的超薄Ir纳米片(Ir-NSs)。

点击链接阅读原文: https://academic.oup.com/nsr/advance-article/doi/10.1093/nsr/nwaa058/5817862

9. MOF拓扑转化制备高效OER材料

具有扩展侧表面和原子厚度的二维(2D)纳米材料由于其有趣的理化性质而受到越来越多的关注。基于拓扑结构合理设计和自下而上合成是一种获得定义明确的几何形态的二维金属有机框架(2D MOFs)的方法。近日,中南大学Xiaohe Liu,郑州大学Yijun Cao,日本国立材料科学研究所Renzhi Ma合作,报道了一种新颖的六角形二维MOF纳米板的拓扑引导自下而上法合成。

点击链接阅读原文:https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.0c01916


注:文章摘选自X-mol资讯、催化计、催化开天地等微信公众号