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调控N中间体与一维共轭配位聚合物的相互作用促进电催化硝酸盐还原产氨
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作者 刘青 成雪峰 +5 位作者 霍锦艳 刘小芳 董慧龙 曾宏波 徐庆锋 路建美 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE CAS CSCD 2024年第7期231-242,共12页
随着工农业的快速发展及城市化进程的加速,含硝酸盐废水的处理问题日益突出,对生态环境与人类健康造成了严重的威胁.电催化硝酸盐还原制备氨是一种在温和条件下去除硝酸盐污染物并生成氨的可行策略,兼具环境与经济双重价值.然而,由于硝... 随着工农业的快速发展及城市化进程的加速,含硝酸盐废水的处理问题日益突出,对生态环境与人类健康造成了严重的威胁.电催化硝酸盐还原制备氨是一种在温和条件下去除硝酸盐污染物并生成氨的可行策略,兼具环境与经济双重价值.然而,由于硝酸盐还原制氨过程涉及复杂的电子质子转移过程,在低浓度(≤100 ppm)硝酸盐条件下,硝酸盐转化率低和氨产率不足严重制约了该技术的工业应用和发展潜力.因此,开发新型的可精准调控催化中心结构的催化剂材料,并通过调控催化剂表面对含N中间体的吸附来提高硝酸盐的转化率和氨的产率,对于解决上述问题具有重要意义.本文通过过渡金属离子M^(2+)(M=Fe,Co,Ni和Cu)与1,2,4,5-苯四胺(BTA)配体配位合成了四种一维共轭配位聚合物链(1D CCPs)材料,并将其应用于电催化硝酸盐还原制备高附加值产物氨.通过改变金属离子,电催化硝酸盐还原的选择性和活性得到了提高,这些1D CCPs结构为探索电催化硝酸盐还原制氨中的结构-活性关系提供了良好的平台.反应2 h后,Cu-BTA的产氨速率达到2.28 mg h^(-1)c^(-2),该结果是已报道的低浓度硝酸盐还原产氨的较高水平,在4h内硝酸盐的转化率达到96.74%,氨的选择性为79.46%.在经过25次循环实验后,催化性能依然保持良好.密度泛函理论计算结果表明,富电子Cu中心减弱了*NO中间体π轨道向Cu的d轨道的电子转移效率,并增强了Cu d_(yz)轨道对*NO的π轨道的电子反馈作用,提升了*NO中间体的自由能,N=O键被削弱,降低了NO→*NHO的ΔG值,进一步促进了氢化反应,提高了产氨速率.此外,Cu-BTA对氨的吸附能最小,有利于活性中心表面产生的氨快速脱除,加快了吸附-催化转化-脱附循环的速率,并且降低了催化中心中毒的可能性,从而实现了高催化活性和长期稳定性.综上,由于电催化硝酸盐还原制氨过程涉及八电子九质子转移过程,因此催化剂对不同含N中间体的适度吸附能力对保证高选择性,至关重要.本研究通过中心金属离子替换调控对N中间体的吸附,构建了可靠的电催化硝酸盐还原制氨的结构-活性关系,为电催化硝酸盐转化提供了新见解. 展开更多
关键词 硝酸盐还原 氨合成 电催化 一维共轭配位聚合物 吸附调控
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Conversion of bimetallic MOF to Ru-doped Cu electrocatalysts for efficient hydrogen evolution in alkaline media 被引量:8
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作者 Mengya Yang Long Jiao +7 位作者 huilong dong Liujiang Zhou Changqing Teng dongming Yan Tian-Nan Ye Xiaoxin Chen Yi Liu Hai-Long Jiang 《Science Bulletin》 SCIE EI CSCD 2021年第3期257-264,M0004,共9页
The rational design and construction of inexpensive and highly active electrocatalysts for hydrogen evolution reaction(HER)is of great importance for water splitting.Herein,we develop a facile approach for preparation... The rational design and construction of inexpensive and highly active electrocatalysts for hydrogen evolution reaction(HER)is of great importance for water splitting.Herein,we develop a facile approach for preparation of porous carbon-confined Ru-doped Cu nanoparticles(denoted as Ru-Cu@C)by direct pyrolysis of the Ru-exchanged Cu-BTC metal–organic framework.When served as the electrocatalyst for HER,strikingly,the obtained Ru-Cu@C catalyst exhibits an ultralow overpotential(only 20 mV at 10 mA cm^(-2))with a small Tafel slope of 37 m V dec^(-1)in alkaline electrolyte.The excellent performance is comparable or even superior to that of commercial Pt/C catalyst.Density functional theory(DFT)calculations confirm that introducing Ru atoms into Cu nanocrystals can significantly alter the desorption of H_(2) to achieve a close-to-zero hydrogen adsorption energy and thereby boost the HER process.This strategy gives a fresh impetus to explore low-cost and high-performance catalysts for HER in alkaline media. 展开更多
关键词 Metal–organic framework Ru-doped Cu nanoparticles Hydrogen evolution reaction Alkaline media Hydrogen adsorption energy
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温度调控制备锡或二氧化锡@中空多孔碳纳米纤维电极用于个性化定制锂离子电池 被引量:4
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作者 梁芳华 董慧龙 +9 位作者 季朱玉 张伟 张海峰 曹春艳 李恒 刘宏超 张克勤 赖跃坤 汤育欣 葛明政 《Science China Materials》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第5期1736-1746,共11页
锂离子电池广泛应用于电动汽车、混合动力汽车、便携式电子设备等储能系统,但由于电荷在活性材料中传输缓慢以及活性材料易粉碎等缺点,开发同时具有高容量以及快充性能的电极材料仍然是一个极大的挑战.针对这一问题,本文通过温度调控将S... 锂离子电池广泛应用于电动汽车、混合动力汽车、便携式电子设备等储能系统,但由于电荷在活性材料中传输缓慢以及活性材料易粉碎等缺点,开发同时具有高容量以及快充性能的电极材料仍然是一个极大的挑战.针对这一问题,本文通过温度调控将SnO_(2)量子点或Sn纳米团簇均匀负载在中空多孔碳纳米纤维(HPCNFs)的内部,用于制备个性化定制锂离子电池.一方面,高度互联的碳纳米纤维形成三维网络,加快了电子传输,提高了电子导电性.另一方面,中空多孔结构缩短了锂离子传输路径,促进了锂离子的快速扩散,同时,抑制了Sn和SnO_(2)的体积膨胀.由于具有较高的锂离子吸附性能以及快的离子扩散速率,低碳化温度下(450℃)合成的SnO_(2)@HPCNFs复合电极在0.1 A g^(-1)的小电流密度下具有较高的放电比容量(899.3 mA h g~(-1)).此外,由于在大的电流密度下,Sn的大孔结构能够储存更多的锂离子,以及具有较高的电子电导率,因此,高碳化温度下(850℃)制备的Sn@HPCNFs复合电极展现出优异的快充性能,同时,在5 A g^(-1)(~10 C)的高电流密度下具有238.8 mA h g^(-1)的放电容量.本文通过调控碳化温度来研究SnO_(2)和Sn电极之间的电化学行为,为构建高性能储能器件提供了新的思路. 展开更多
关键词 Sn-based electrodes large energy storage high rate performance volume expansion lithium-ion batteries
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电子堆积工程调控二硒化镍纳米片助力具有快速动力学的钠离子电池 被引量:2
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作者 刘静 谢娟 +4 位作者 董慧龙 魏怀鑫 孙陈诚 杨骏 耿洪波 《Science China Materials》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第1期69-78,共10页
近年来,钠离子电池电极材料引起了研究者们极大的兴趣.过渡金属硒化物具有高钠离子存储容量,是一种具有前景的钠离子电池负极材料.然而,该类材料较低的电导率以及钠离子脱嵌过程中巨大的体积膨胀,导致了其较差的钠离子电池倍率性能和循... 近年来,钠离子电池电极材料引起了研究者们极大的兴趣.过渡金属硒化物具有高钠离子存储容量,是一种具有前景的钠离子电池负极材料.然而,该类材料较低的电导率以及钠离子脱嵌过程中巨大的体积膨胀,导致了其较差的钠离子电池倍率性能和循环寿命.本工作采用二维的双金属有机框架材料为模板,设计制造了多孔铁掺杂NiSe_(2)纳米片材料(Fe-NiSe_(2)@C NSs),该结构具有充分暴露的活性位点,增强的电导率,丰富的空隙和短电子传输路径,易于适应钠离子脱嵌带来的体积膨胀应力,并具有快速的电荷转移动力学.作为钠离子电池负极材料时,Fe-NiSe_(2)@C NSs表现出高比容量(5 A g^(-1)电流密度下为302 mA h g^(-1))和优异的循环稳定性(5 A g^(-1)的电流密度下循环1000圈容量保持率为99%).此外,该材料在与Na3V2(PO4)2O2F正极材料组成的钠离子全电池中也表现出了高能量密度(107 W h kg^(-1)).大量非原位表征和理论计算进一步验证了Fe掺杂使电子密度增大,对于提升Fe-NiSe_(2)@C NSs的钠离子电池综合性能具有重要意义.本研究为制备高性能钠离子电池电极材料提供了新思路. 展开更多
关键词 钠离子电池 循环寿命 正极材料 膨胀应力 金属硒化物 高能量密度 金属有机框架材料 存储容量
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Electronic modulation and structure engineered MoSe2 with multichannel paths as an advanced anode for sodium-ion half/full batteries 被引量:2
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作者 Chengkui Lv Chunfa Lin +3 位作者 huilong dong Huaixin Wei Jun Yang Hongbo Geng 《Science China Materials》 SCIE EI CAS CSCD 2022年第11期2997-3006,共10页
Owing to the abundance and low price of sodium,researches on sodium-ion batteries(SIBs)as a lithiumion battery(LIB)alternative are emerging as a consensus.It is crucial to develop electrode materials suitable for sodi... Owing to the abundance and low price of sodium,researches on sodium-ion batteries(SIBs)as a lithiumion battery(LIB)alternative are emerging as a consensus.It is crucial to develop electrode materials suitable for sodium storage.In recent years,two-dimensional(2 D)layered transition metal disulfide compounds(TMDs)have trigered interest in the realm of energy and environmental fields.In particular,MoSeis thought to be a suitable material for SIBs due to its wide original layer spacing and high conductivity.Herein,N-doped dual carbon-coated MoSewith multichannel paths(MoSe/multichannel carbon nanofibers(MCFs)@NC)is fabricated via electrospinning,followed by a selenation and carbonization process.The existence of a 3 D conductive network,abundant void spaces,and sufficient electron transportation pathways are conducive to rapid and fast charge transfer kinetics under volume expansion stress.When applied in SIBs,the MoSe/MCFs@NC shows a high capability(319 mA hg^(-1)at 10 A g^(-1)),as well as good cycling stability(303 mA h g^(-1)after 1100 cycles at 10 A g^(-1)).Furthermore,coupled with the Na_(3)V_(2)(PO_(4))_(2)O_(2)F cathode,the full cell also exhibits excellent performance.The theoretical calculation of the MoSe_(2)/MCFs@NC confirms that the superiority of its SIB performance is owing to the strong interaction between the double-doped carbon and MoSe.This scheme provides a wide space for preparing high-performance electrode materials for SIBs. 展开更多
关键词 dual carbon-coated multichannel paths sodium-ion batteries full batteries theoretical calculation
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