氨是一种很有前途的能源载体,由于其高氢含量和无碳的特点,可用于燃料电池,并可作为电解水制氢装置中水的替代氧化底物.然而,人们对氨电氧化反应(AOR)的机理认识不足,且缺乏廉价、高效的AOR催化剂,因而阻碍了氨基能源系统的发展.在这项...氨是一种很有前途的能源载体,由于其高氢含量和无碳的特点,可用于燃料电池,并可作为电解水制氢装置中水的替代氧化底物.然而,人们对氨电氧化反应(AOR)的机理认识不足,且缺乏廉价、高效的AOR催化剂,因而阻碍了氨基能源系统的发展.在这项工作中,我们通过光诱导化学沉淀法合成的新型Ni和Cu共掺杂的多孔FeOOH纳米棒(NiCu-FeOOH)可以作为AOR催化剂,其具有高效的催化活性(阳极电流密度达到10 mA cm^(-2)时执行电压为1.41 V)和在氨碱溶液中优异的稳定性.实验数据和理论计算结果表明,异质的Ni和Cu原子的协同作用使得NiCu-FeOOH表面的Ni和Fe位点表现出更合适的电子结构,他们可以共同吸附含氮中间产物和羟基,并使其吸附自由能位于火山形曲线的顶部,从而加速AOR脱氢.决速步骤的后移(*NH_(2)+*OH形成步骤移至*N_(2)H_(3)+*OH形成步骤)和决速步骤较低的能垒(0.86 eV)揭示了Ni和Cu的共掺策略使FeOOH晶体对催化AOR更具活性.本文创新地提出了涉及含氮中间物和羟基的共吸附反应途径,以更好地描述和模拟AOR过程,这为设计低成本和稳定的AOR催化剂开辟了新的路径.展开更多
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文摘氨是一种很有前途的能源载体,由于其高氢含量和无碳的特点,可用于燃料电池,并可作为电解水制氢装置中水的替代氧化底物.然而,人们对氨电氧化反应(AOR)的机理认识不足,且缺乏廉价、高效的AOR催化剂,因而阻碍了氨基能源系统的发展.在这项工作中,我们通过光诱导化学沉淀法合成的新型Ni和Cu共掺杂的多孔FeOOH纳米棒(NiCu-FeOOH)可以作为AOR催化剂,其具有高效的催化活性(阳极电流密度达到10 mA cm^(-2)时执行电压为1.41 V)和在氨碱溶液中优异的稳定性.实验数据和理论计算结果表明,异质的Ni和Cu原子的协同作用使得NiCu-FeOOH表面的Ni和Fe位点表现出更合适的电子结构,他们可以共同吸附含氮中间产物和羟基,并使其吸附自由能位于火山形曲线的顶部,从而加速AOR脱氢.决速步骤的后移(*NH_(2)+*OH形成步骤移至*N_(2)H_(3)+*OH形成步骤)和决速步骤较低的能垒(0.86 eV)揭示了Ni和Cu的共掺策略使FeOOH晶体对催化AOR更具活性.本文创新地提出了涉及含氮中间物和羟基的共吸附反应途径,以更好地描述和模拟AOR过程,这为设计低成本和稳定的AOR催化剂开辟了新的路径.
