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Combining descriptor-based analyses and mean-field modeling of the electrochemical interface to comprehend trends of catalytic processes at the solid/liquid interface
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作者 Kai S.Exner 《Journal of Energy Chemistry》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第10期288-290,I0009,共4页
Electrocatalysis is undergoing a renaissance due to its central importance for a sustainable energy economy,relying on green(electro-)chemical processes to harvest,convert,and store energy.Theoretical considerations b... Electrocatalysis is undergoing a renaissance due to its central importance for a sustainable energy economy,relying on green(electro-)chemical processes to harvest,convert,and store energy.Theoretical considerations by electronic structure methods are key to identify potential material motifs for electrocatalytic processes at the solid/liquid interface.Most commonly,heuristic concepts in the realm of materials screening by the compilation of volcano plots are used,which rely on a plethora of simplifications and approximations of the complex electrochemical interface.While the investigation of the catalytic processes at the solid/liquid interface mainly relies on descriptor-based approaches,in the present future article it is discussed that the inclusion of the liquid part of the interface by mean-field models is crucial to elevate screening approaches to the next level. 展开更多
关键词 ELECTROCATALYSIS volcano plot Descriptor approach Electrochemical interface Mean-field model
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碳基催化剂用于电催化氧还原生产H_(2)O_(2)的研究进展:策略、计算及实际应用 被引量:1
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作者 张小玉 曲干 +2 位作者 薛冬萍 闫文付 张佳楠 《高等学校化学学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期14-36,共23页
过氧化氢(H_(2)O_(2))作为一种多功能且环保的氧化剂,在工业生产、漂白、消毒和废水处理等领域都发挥着重要作用.传统的蒽醌工艺由于不环保、不安全且流程复杂,无法成为批量生产过氧化氢的最佳选择.基于电化学氧还原反应(ORR)的合成方... 过氧化氢(H_(2)O_(2))作为一种多功能且环保的氧化剂,在工业生产、漂白、消毒和废水处理等领域都发挥着重要作用.传统的蒽醌工艺由于不环保、不安全且流程复杂,无法成为批量生产过氧化氢的最佳选择.基于电化学氧还原反应(ORR)的合成方法是一种有价值的替代蒽醌生产的方法.通常,H_(2)O_(2)可以通过2e^(-)ORR过程合成.碳基催化剂因储量丰富、成本低、结构可调和导电性好等优点,被认为是用于2e^(-)ORR的最佳催化剂之一.本文综合评述了近年来碳基催化剂在电化学合成H_(2)O_(2)方面的研究进展.首先,介绍了2e^(-)ORR过程的基本原理,揭示了影响ORR路径的关键因素;然后,阐述了密度泛函理论(DFT)计算对揭示催化活性位点的关键作用,并指明火山图是一种预测催化剂选择性的重要工具;综合评述了促进H_(2)O_(2)产生的几种有效策略(优化金属单原子、构建催化剂表面缺陷工程、引入吡咯氮、掺杂含氧官能团及掺杂其它杂原子);介绍了批量生产H_(2)O_(2)的装置发展及其优缺点;最后,展望了电化学合成H_(2)O_(2)在未来发展中可能面临的机遇和挑战. 展开更多
关键词 过氧化氢 二电子氧还原 碳基催化剂 火山图 电解池
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基于植物代谢组学技术研究何首乌和制何首乌的差异性成分 被引量:3
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作者 杨建波 汪祺 +6 位作者 王雪婷 程显隆 王莹 高慧宇 宋云飞 魏锋 马双成 《中国药物警戒》 2022年第6期615-619,共5页
目的 利用植物代谢组学技术对比分析何首乌(PMR)和制何首乌(PMRP)化学成分的差异,以阐明何首乌炮制前后化学成分的变化规律及炮制减毒的物质基础。方法 采用超高效液相色谱-四级杆飞行时间质谱(UPLC-Q-TOFMS/MS)技术对何首乌和制何首乌... 目的 利用植物代谢组学技术对比分析何首乌(PMR)和制何首乌(PMRP)化学成分的差异,以阐明何首乌炮制前后化学成分的变化规律及炮制减毒的物质基础。方法 采用超高效液相色谱-四级杆飞行时间质谱(UPLC-Q-TOFMS/MS)技术对何首乌和制何首乌中成分进行检测;采用主成分分析(PCA)法观察样本的整体分布趋势;采用统计学等分析技术对火山图中差异性化合物进行筛选;并将所得差异性成分与Agilent PCDL自建数据库进行比对,对其化学成分进行初步鉴定。结果 何首乌和制何首乌中的化学成分差异较大,从何首乌炮制后含量大幅减低的化合物中,初步鉴别45个化合物。结论 何首乌炮制前后化学成分存在较大的差异,尤其蒽醌(单核和双核蒽醌)和二苯乙烯苷类成分存在明显的差异,这些差异性化合物可能是何首乌炮制减毒的主要物质基础。 展开更多
关键词 何首乌 制何首乌 代谢组学 主成分分析 火山图 差异性化合物 蒽醌类 二苯乙烯苷类
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生鲜香蕉和真空冷冻干燥香蕉粉的品质与挥发性组分的研究 被引量:2
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作者 陈铭中 钟旭美 +2 位作者 孔令开 陈勇 叶颖娴 《食品与发酵工业》 CAS CSCD 北大核心 2022年第20期161-168,共8页
以生鲜香蕉、真空冷冻干燥24 h和33 h香蕉粉为试验对象,研究3种样品的品质和挥发性组分差异。通过分析3种香蕉样品的水分含量、总酚和DPPH抗氧化能力的品质指标,使用顶空固相微萃取气质联用技术测定3种样品的挥发性组分并鉴定其组分。... 以生鲜香蕉、真空冷冻干燥24 h和33 h香蕉粉为试验对象,研究3种样品的品质和挥发性组分差异。通过分析3种香蕉样品的水分含量、总酚和DPPH抗氧化能力的品质指标,使用顶空固相微萃取气质联用技术测定3种样品的挥发性组分并鉴定其组分。应用正交偏最小二乘法判别分析、火山图和韦恩图分析样品挥发性组分,寻找差异组分。3种香蕉样品的含水率分别为80.32%、4.15%和2.67%,真空冷冻干燥后24 h和33 h的香蕉粉总酚含量分别占生鲜香蕉的75.07%和12.04%,DPPH自由基清除率分别占生鲜香蕉的61.78%和6.65%。3种样品共鉴定出64个挥发性组分,真空冷冻干燥后24 h和33 h的香蕉粉总挥发性组分分别占生鲜香蕉的88.53%和80.97%,生鲜香蕉的香气组分以酯类、醛类和酮类为主,而冷冻干燥后的香蕉粉以酯类和酮类为主,醛类占比很低。3种香蕉样品的挥发性组分均有差异,其中生鲜香蕉与2种真空冷冻干燥香蕉粉的差异较大,2种真空冷冻干燥香蕉粉的差异小。真空冷冻干燥时间对香蕉粉品质和挥发性组分的损失影响较大,从而影响了香蕉粉的香气组分。综合考虑香蕉粉的耐贮性、品质和香气,0.5 cm厚度的香蕉片真空冷冻干燥时间为24 h更合适,结果可为研制香蕉粉代餐食品提供参考。 展开更多
关键词 香蕉品质 真空冷冻干燥 顶空固相微萃取气质联用 挥发性组分 香气 正交偏最小二乘法判别分析 火山图 韦恩图
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Ni(OH)_2-Ni/C for hydrogen oxidation reaction in alkaline media 被引量:2
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作者 Yangxin Pan Gaohe Hu +2 位作者 Juntao Lu Li Xiao Lin Zhuang 《Journal of Energy Chemistry》 SCIE EI CAS CSCD 2019年第2期111-115,共5页
The development of the hydrogen electrode is vital for the application of alkaline polymer electrolyte fuel cells(APEFCs).In this study,a series of Ni(OH)_2 decorated Ni/C catalysts(Ni(OH)_2-Ni/C) were prepared by a t... The development of the hydrogen electrode is vital for the application of alkaline polymer electrolyte fuel cells(APEFCs).In this study,a series of Ni(OH)_2 decorated Ni/C catalysts(Ni(OH)_2-Ni/C) were prepared by a three-step electrochemical treatment of Ni/C.The existence of Ni(OH)_2 was demonstrated by X-ray photoelectron spectroscopy(XPS),and the surface molar ratio of Ni(OH)_2/Ni of the samples was estimated via an electrochemical method.The HOR catalytic activity of the catalysts was evaluated by a rotation disk electrode(RDE) method,and a "volcano plot" was established between the HOR exchange current(j0) and the surface molar ratio of Ni(OH)_2/Ni.On top of the "volcano",the surface molar ratio of Ni(OH)_2/Ni is1.1:1,the j0 of which was 6.8 times of that of Ni/C.The stability of the samples toward HOR was evaluated to be good.Our study added a systematic experimental evidence to the HOR research,showing that the HOR catalytic activity of Ni can be deliberately controlled via decoration of Ni(OH)_2,which may help understanding the HOR mechanism on Ni. 展开更多
关键词 Hydrogen oxidation reaction FUEL CELLS ALKALINE polymer electrolyte FUEL CELLS Nickel volcano plot
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高熵合金的鸡尾酒效应和线性标度关系打破效应于电催化火山曲线上的标记 被引量:2
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作者 陈俊翔 吉雅欣 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 2022年第11期2889-2897,共9页
在电催化研究中,高熵合金是一类明星材料.相比于传统低熵化合物,高熵合金通过提升材料的活性位点多样性,在催化活性层面,能够带来两个明显的优势效应.一是所谓的"鸡尾酒效应",即反应位点的相互组合能够调和出极优化的位点;二... 在电催化研究中,高熵合金是一类明星材料.相比于传统低熵化合物,高熵合金通过提升材料的活性位点多样性,在催化活性层面,能够带来两个明显的优势效应.一是所谓的"鸡尾酒效应",即反应位点的相互组合能够调和出极优化的位点;二是线性标度关系的打破效应,是指由于反应中间体的化学性质差异以及可能的吸附物表面迁移,使得各个中间体键合在不同的反应位点,从而打破线性标度关系.但是,这两个效应的定量却较为复杂,一个重要的原因,是其超出了当前电催化研究中常使用的,基于计算氢电极方法的电催化理论框架(ETF)的适用范围.ETF用单一吸附能来表示催化剂,也就是火山关系中的一个"点",然而鸡尾酒效应,却导致吸附能以一个分布的形式存在;另外,线性标度关系打破效应甚至挑战了火山关系的存在性这一ETF的理论基础.这些问题促使科研人员考虑发展一个方法,在火山曲线上表示这两个效应,从而使得高熵合金电催化更适宜用ETF进行描述.本文从高熵合金催化剂上吸附能的分布入手.首先,根据以往的理论计算结果,以及吸附的特性,得出吸附能服从正态分布.在此基础上,利用正态分布的优良的数学特性推导得出,可使用平均吸附能和吸附能方差的简单代数加和形式,来表示高熵合金的上述两个效应.利用这套关系,便可简单地在电催化火山曲线上,像对于低熵/一元催化剂那样,继续使用一个"点"来描述高熵合金催化剂.鉴于方差和平均吸附能都是较容易计算的物理量,本文方法可以延续ETF的简洁性.由此,便可将ETF扩展至高熵合金电催化. 展开更多
关键词 高熵合金 电催化 理论火山曲线 鸡尾酒效应 线性标度关系打破效应 吸附能分布
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突破过渡金属氧化物氮还原反应的热力学火山图:对材料筛选的影响
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作者 Kai S.Exner 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 2022年第11期2871-2880,共10页
电催化氮气合成氨被认为是高能耗和高污染的Haber-Bosch工艺的一种可持续性替代方法.过渡金属氧化物电极对竞争性析氢反应高活性较低,因此,有望成为一类具有较好选择性的氮还原(NRR)材料.目前,一般借助密度泛函理论计算评估一类材料的... 电催化氮气合成氨被认为是高能耗和高污染的Haber-Bosch工艺的一种可持续性替代方法.过渡金属氧化物电极对竞争性析氢反应高活性较低,因此,有望成为一类具有较好选择性的氮还原(NRR)材料.目前,一般借助密度泛函理论计算评估一类材料的催化活性趋势,通过标度关系和火山图的概念来理解.该热力学理论指出,*NNH吸附质或NH3的形成是潜在的反应决速步骤.因此,NRR催化剂的开发主要致力于优化这两个基元步骤.本文通过使用最近发展的活性描述符G_(max)(η),将过电位和动力学的影响引入过渡金属氧化物NRR的火山图中.结果表明,热力学火山图过于简单,因为反应决速步骤可能在接近火山顶点时发生变化,当反应接近火山顶点时,表面反应可能成为反应的绝速步骤.此外,本文还展示了如何将肼的形成作为竞争性副反应纳入火山图,这对于与*NNH弱键合的催化剂非常重要,其中肼的形成可能与氨的形成竞争.本文方法不局限于过渡金属氧化物,具有普遍性,所呈现的动力学火山曲线应有助于推动固氮NRR催化剂的发展. 展开更多
关键词 电催化 氮还原反应 活性描述符G_(max)(η) 火山图
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The CatMath: an online predictive platform for thermal + electrocatalysis
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作者 Heng Liu Hao Zheng +7 位作者 Zhenhe Jia Binghui Zhou Yan Liu Xuelu Chen Yajun Feng Li Wei Weijie Yang Hao Li 《Frontiers of Chemical Science and Engineering》 SCIE EI CSCD 2023年第12期2156-2160,共5页
The catalytic volcano activity models are the quantified and visualized tools of the Sabatier principle for heterogeneous catalysis, which can depict the intrinsic activity optima and trends of a catalytic reaction as... The catalytic volcano activity models are the quantified and visualized tools of the Sabatier principle for heterogeneous catalysis, which can depict the intrinsic activity optima and trends of a catalytic reaction as a function of the reaction descriptors, i.e., the bonding strengths of key reaction species. These models can be derived by microkinetic modeling and/or free energy changes in combination with the scaling relations among the reaction intermediates. Herein, we introduce the CatMath—an online platform for generating a variety of common and industrially important thermal + electrocatalysis. With the CatMath, users can request the volcano models for available reactions and analyze their materials of interests as potential catalysts. Besides, the CatMath provides the function of the online generation of Surface Pourbaix Diagram for surface state analysis under electrocatalytic conditions, which is an essential step before analyzing the activity of an electrocatalytic surface. All the model generation and analysis processes are realized by cloud computing via a user-friendly interface. 展开更多
关键词 CatMath catalysis volcano activity plots Surface Pourbaix Diagrams online platform
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Pt基催化剂表面氢氧电催化反应的理论计算研究 被引量:1
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作者 方利文 陈俊翔 +1 位作者 张千帆 陈胜利 《中国科学:化学》 CAS CSCD 北大核心 2017年第5期614-625,共12页
氢氧电催化反应是氢能源体系的重要反应,其热力学和动力学直接影响水解制氢和燃料电池的能量效率和功率密度.过去十多年来,基于量子化学的理论计算在电催化剂设计及电催化反应机理研究中得到广泛应用.结合文献结果,本文介绍了近年来在P... 氢氧电催化反应是氢能源体系的重要反应,其热力学和动力学直接影响水解制氢和燃料电池的能量效率和功率密度.过去十多年来,基于量子化学的理论计算在电催化剂设计及电催化反应机理研究中得到广泛应用.结合文献结果,本文介绍了近年来在Pt基催化剂表面氢、氧电催化反应理论计算研究中获得的结果和认识.在研究中重点对反应中间体吸附结构、覆盖度及其对反应路径和动力学的影响机制进行了分析.结果指出,反应中间体的吸附特性不仅会影响反应控制步骤的活化能,同时通过改变表面反应活性位的结构和数量影响表面反应速率.对火山顶点附近的Pt基催化剂,简单计算的吸附能不足以准确预测催化剂活性,必须考虑吸附质的覆盖度和吸附结构的影响.在此认识基础上,根据表面反应自由能及速率与关键中间体吸附能、覆盖度及电极电势的关系建立微观动力学模型,利用密度泛函理论计算获得关键吸附中间体在催化剂表面的电化学吸附等温线(吸附结构及覆盖度与电极电势的关系),确定反应活性位、反应路径和动力学,构建催化活性与吸附能的关系曲线,预测催化剂的表面结构及尺寸效应,并对一些重要实验结果进行解释. 展开更多
关键词 电催化 氢氧化反应 氢析出反应 氧还原反应 活性位 火山关系
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