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湖南大学,王双印团队最新Angew!
来源: 时间:2024-05-27 09:46:30 浏览:1558次

第一作者:Liyuan GongXiaorong ZhuTa Thi Thuy Nga

通讯作者:王双印教授、陶李助理教授

通讯单位:湖南大学

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



研究背景



甲醇氧化反应(MOR)是甲醇燃料电池或制氢的瓶颈反应。虽然甲醇氧化为CO2的理论平衡电位接近氢氧化的平衡电位,但多步反应途径阻碍了MOR的动力学。通常,MOR高度依赖于酸性电解质中珍贵的Pt-基催化剂,而Pd-基催化剂仅在碱性电解质中表现出MOR活性。同时,反应动力学迟缓和反应中间体中毒严重导致反应活性不理想。MOR在实现可持续能源经济中发挥着核心作用,但由于多电子转移过程伴随着大量连续中间体,反应动力学缓慢,限制了甲醇氧化的可持续能源经济。基于此,湖南大学王双印教授和陶李助理教授等人报道了一种原子分散的铱(Ir)锚定在多孔碳催化剂(Ir-C SACs)上作为MOR催化剂。



文章要点



1、在高温聚合物电解质膜电解槽(HT-PEME)中,作者利用单Ir原子催化剂在超低电位(< 0.1 V)下,促进热电化学一体化,催化了高效的级联甲醇氧化反应(MOR)。在高温下,具有较高甲醇亲和力的缺电子Ir位点在电压作用下自发催化CH3OH脱氢生成CO,生成的CO和H2被电化学氧化为CO2和质子。在没有电压的情况下,甲醇不能发生热分解,证实了甲醇氧化过程中热电化学一体化耦合的必要性。

2、在HT-PEME中,160 ℃下甲醇热分解为CO和H2,生成的CO和H2随后被电化学氧化。Ir-C SACs表现出优异的催化性能,在0.4 V下质量活性高达1.8 A mgIr-1,并且通过耦合析氢反应(HER)作为正极,可以实现约18 mol H2 h-1 gIr-1的析氢速率,两者都优于制备的Ir纳米颗粒(Ir-C NP)和商用Pt/C催化剂。同时,热学和电化学的结合使该系统具有高效的甲醇转化和低能耗。本研究还证明了单原子催化剂的电化学MOR活性,以一体化的理念拓宽了可再生能源装置和催化剂的设计。



图文展示



1.高效甲醇氧化和制氢反应途径的示意图

2. Ir-C SACs形貌和结构表征

3. Ir-C SACs的化学状态和配位信息

4. Ir-C SACs和参考样品MOR和气态产物的催化性能

5. DFT计算

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全部 3小时前 四川
文字是人类用符号记录表达信息以传之久远的方式和工具。现代文字大多是记录语言的工具。人类往往先有口头的语言后产生书面文字,很多小语种,有语言但没有文字。文字的不同体现了国家和民族的书面表达的方式和思维不同。文字使人类进入有历史记录的文明社会。
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