可控表面磷原子修饰提升超细W2C纳米颗粒电解水析氢反应性能

研究高活性和稳定性的非贵金属基析氢催化剂对解决当前能源危机和环境污染问题具有重要意义.碳化钨具有与贵金属Pt类似的d带电子结构,因而成为一类新兴的非贵金属析氢催化剂,受到广泛关注.磷掺杂是提高催化剂析氢活性的有效方法之一,然而目前最常见的构筑磷掺杂方法是使用多金属氧酸盐(POMs,如H3PW12O40),其固定的W/P原子比导致W2C中的掺杂浓度难以调控,并且磷掺杂主要是进入碳载体而不是碳化物本身,从而导致无法明确杂原子对其电催化析氢活性的贡献.本文采用植酸(PA)为磷源设计合成了可控磷掺杂W2C纳米颗粒,并探讨了催化剂组分、杂原子掺杂位置与析氢性能之间的关系.深入研究了磷掺杂碳化钨(WCP)的化学结构和析氢活性.与原始的W2C催化剂相比,WCP具有更高的本征活性、更快的电子转移速率和更多的活性位数量,并且在酸性和碱性条件下均表现出较好的析氢性能.特别是过电位为-200 mV时,WCP催化剂的本征活性在酸性和碱性条件下分别为0.07和0.56 H2 s-1,高出纯W2C(0.01和0.05 H2 S-1)数倍.同时,在电流密度为-10 mA cm-2时,优化后的WCP催化剂在酸性和碱性条件下的析氢过电位分别降低了96和88 mV.XPS及EDS元素分析结果表明,随磷源添加量增加,磷掺杂从碳化钨表面逐渐向内部扩散,进一步说明磷取代位置与析氢活性之间的构效关系,高浓度的表面磷取代可以加速质子捕获过程,从而显著提高其析氢活性,而过量的内部磷取代会破坏W2C结构,降低电子转移速率,从而导致析氢性能下降.利用密度泛函理论计算深入研究了WCP具有较好析氢性能的原因,与内部磷取代相比,表面磷取代会使碳化钨表现出更合适的氢吸附自由能,并且更加有效地降低了氢释放势垒,从而优化了析氢反应动力学.综上,本文为元素掺杂工艺提供了新的思路,同时研究了表面异质原子对析氢活性的关键作用,为该类催化材料的构效关系研究提供了新思路.     

原子能的和平利用与化学

1954年6月27日,苏联原子能电力站,也是世界上第一个原子能电力站开始发电了。这是人类历史上—个重大的日子。它标志着人类认识自然、控制自然的一个划时代的胜利;它标志着一个崭新纪元的开端。我们知道两千多年前,一些朴素的唯物主义哲学家就有简单的原子的假说。在炼金术时代已有“点石为金”的梦想。但是人类真正能深入了解原子,改变原子,还是最近半个世纪的事情。在这样漫长的年代中,从古代哲学家的简单的原子假说开始至罗蒙诺索夫,门捷列夫……,以至今天我们能够把原子核内部所蕴藏的巨大能量释放出来为我们服务,这是一个多么重大的成就呀! 原子能的和平利用不只是在发展动力的问题上给我们找到了巨大的能,而且在原子堆中还可以产生和制造与各种科学和技术的发展上有着很大关系的同位素,它还牵涉到许多复杂的科学、技术问题,所以,发展原子能事业会使我们的科学和技术改变面貌。下面就原子能的和平利用和化学的关系来谈     

门捷列夫周期律与近代科学的发展

85年前,1869年3月18日在科学史上是一个重要的日子,这就是Д.И.门捷列夫周期律诞生的日子。周期律的发现不但总结了关于元素的智识,而且发现了元素不是孤立的,不是没有联系或杂乱无章的,而是彼此间存在着严格的周期规律;周期律的发现,不但告诉我们自然间存在着多少元素,     

反向混合单调算子的藕合不动点定理

在实Banach空间中,利用锥理论和单调迭代技巧,研究一类反向混合单调算子的藕合不动点存在唯一性和迭代收敛性问题,得到了一些新结果。所得的主要结果推广了最近一些文献中的相应的结论。如文[9]中讨论的减映象的不动点定论。     

一类g-可比较算子方程的可解性定理

本文在半序度量空间中引进了g-可比较算子和耦合不动点和9-不动点这些新概念,研究了9-可比较算子的g-耦合不动点或g-不动点存在性问题,得到了几个存在性定理.所得结论推广了最近一些文献中的主要结果.     

可控表面磷原子修饰提升超细W2C纳米颗粒电解水析氢反应性能

研究高活性和稳定性的非贵金属基析氢催化剂对解决当前能源危机和环境污染问题具有重要意义.碳化钨具有与贵金属Pt类似的d带电子结构,因而成为一类新兴的非贵金属析氢催化剂,受到广泛关注.磷掺杂是提高催化剂析氢活性的有效方法之一,然而目前最常见的构筑磷掺杂方法是使用多金属氧酸盐(POMs,如H3PW12O40),其固定的W/P原子比导致W2C中的掺杂浓度难以调控,并且磷掺杂主要是进入碳载体而不是碳化物本身,从而导致无法明确杂原子对其电催化析氢活性的贡献.本文采用植酸(PA)为磷源设计合成了可控磷掺杂W2C纳米颗粒,并探讨了催化剂组分、杂原子掺杂位置与析氢性能之间的关系.深入研究了磷掺杂碳化钨(WCP)的化学结构和析氢活性.与原始的W2C催化剂相比,WCP具有更高的本征活性、更快的电子转移速率和更多的活性位数量,并且在酸性和碱性条件下均表现出较好的析氢性能.特别是过电位为-200 mV时,WCP催化剂的本征活性在酸性和碱性条件下分别为0.07和0.56 H2 s-1,高出纯W2C(0.01和0.05 H2 S-1)数倍.同时,在电流密度为-10 mA cm-2时,优化后的WCP催化剂在酸性和碱性条件下的析氢过电位分别降低了96和88 mV.XPS及EDS元素分析结果表明,随磷源添加量增加,磷掺杂从碳化钨表面逐渐向内部扩散,进一步说明磷取代位置与析氢活性之间的构效关系,高浓度的表面磷取代可以加速质子捕获过程,从而显著提高其析氢活性,而过量的内部磷取代会破坏W2C结构,降低电子转移速率,从而导致析氢性能下降.利用密度泛函理论计算深入研究了WCP具有较好析氢性能的原因,与内部磷取代相比,表面磷取代会使碳化钨表现出更合适的氢吸附自由能,并且更加有效地降低了氢释放势垒,从而优化了析氢反应动力学.综上,本文为元素掺杂工艺提供了新的思路,同时研究了表面异质原子对析氢活性的关键作用,为该类催化材料的构效关系研究提供了新思路.