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1.
High-entropy transition metal chalcogenides (HE-TMCs) are advantageous in electrocatalytic applications compared to other entropy-stabilized systems owing to the greater orbital extension and energetic match of p-orbitals in chalcogenides with d-orbitals of the transition metals providing additional space to tailor their electronic structure. The high-configurational entropy of HE-TMCs leads to stabilization of cubic rock salt, wurtzite-type and hexagonally packed 2D structures. Due to the multi-element nature of HE-TMCs, the synergy among different elements results in tunable d- and p-band positions. As a consequence, the adsorption energies of electrocatalytic reaction intermediates can be tailored to enhance catalytic performance in water splitting and CO2 reduction. Furthermore, the entropy-stabilized disordered microstructural state of the material endows HE-TMCs with improved corrosion resistance. Despite recent advances in HE-TMC electrocatalysis, challenges such as identification and synthesis of efficient HE-TMCs as well as the identification of catalytically active sites and reaction mechanisms on HE-TMCs remain to be investigated.  相似文献   
2.
化石燃料的燃烧和其他人类活动排放了大量的CO2气体,引发了诸多环境问题。电催化CO2还原反应(CO2RR)可以储存间歇可再生能源,实现人为闭合碳循环,被认为是获得高附加值化学品和燃料的有效途径。电催化CO2RR涉及多个电子-质子转移步骤,其中*CO通常被认为是关键中间体。铜由于对*CO具有合适的吸附能,已被广泛证明是唯一能够有效地将CO2还原为碳氢化合物和含氧化合物的金属催化剂。然而,纯Cu稳定性差、产品选择性低、过电位高,阻碍了工业级多碳产品的生产。构筑Cu基串联催化剂是提高CO2RR性能的一种有前途的策略。本文首先介绍电催化CO2RR的反应路线和串联机理。然后,系统地总结铜基串联催化剂对电催化CO2RR的最新研究进展。最后,提出合理设计和可控合成新型电催化CO2RR串联催化剂面临的挑战和机遇。  相似文献   
3.
The use of single-atom metals (SAM) as catalysts of energy conversion reactions is a recent topic, which has gained popularity in the last two decades. Transition metal dichalcogenides emerged as important electrocatalysts since it was discovered that their chalcogenide edge sites are active towards the electrocatalytic hydrogen evolution reaction (HER) and could also serve as supports for other metals within the same applications. Currently, several groups have reported a novel metal?chalcogenide arrangement, with the possibility of isolating metals at specific sites on chalcogenides to enhance their properties resulting in a synergistic effect in which both chalcogenide and single-atom metal features are exploited, either as promoters or active sites. Theoretical studies have been the basis of these reports.  相似文献   
4.
目前单原子催化剂的研究呈现爆发式增长, 已然成为材料科学和催化领域的明星材料和研究热点. 前期报道的单原子催化剂研究主要针对某一个应用方向进行探讨, 较少研究催化剂的双功能或多功能应用. 近年来, 为了拓展单原子催化剂在更多领域和方向的应用, 具有双功能甚至多功能的单原子催化剂的设计开发备受关注. 本文综合评述了近年来具有双功能活性的单原子催化剂的研究进展, 重点介绍了其在电化学领域中的最新应用研究. 最后, 对具有双功能活性的单原子催化剂发展研究中存在的问题进行了简要分析, 并对未来发展前景进行了展望.  相似文献   
5.
析氢反应是电解水产制氢的关键反应之一.在碱性条件下,由于催化剂表面与反应过程中产生的氧物种、氢物种与催化剂的吸附未处于最佳状态,析氢反应动力学往往比较缓慢,比在酸性条件下慢2-3个数量级.目前,铂基纳米催化剂被认为是最优的析氢催化剂,但因价格昂贵、稳定性较差,限制了其在电解水器件上的大规模应用.因此,设计一种价格较为低廉、活性高和稳定性好的碱性析氢催化剂尤为必要.钌作为铂族金属之一,其价格约为铂的三分之一,但其与氢的结合能却与铂类似.因此,钌基催化剂被认为是有望替代铂作为析氢催化剂.本文结合模板法、静电纺丝和碳化热解策略构筑了一种负载无定型钌纳米簇的原子级钴掺杂一维碳纳米笼催化剂,有效提升了碱性条件下析氢反应性能.该催化剂具有较高的比表面积,丰富的缺陷结构,原子级分散的金属Co掺杂以及无定型钌纳米簇结构,并在碱性条件下催化析氢反应时,表现出了低起始过电位,低Tafel斜率(62 mV dec-1)和高稳定性.X射线衍射(XRD)结果表明,该催化剂中钌和钴以无定型形式存在.选区电子衍射结果表明了无定型结构的存在,并且钌以纳米簇形式存在,其平均粒径为1.48 nm.X射线光电子能谱结果表明该催化剂含有较高的氮掺杂,拉曼光谱证明了其存在碳缺陷结构.进一步通过X射线近边吸收谱和扩展边精细结构谱研究了钌和钴的配位环境,结果发现,钌带轻微正电荷,并且存在Ru-Ru键;钴带正电荷,价态介于0与+2价之间,其主要与N配位.在1 mol/L氢氧化钾电解液中,该杂化催化剂的电催化活性明显高于没有钴掺杂的催化剂以及商业化铂/碳催化剂.在电流密度为10 mA cm-2时,过电位仅为40 mV,在过电位为100 mV时,该催化剂的质量催化活性达到了3.77 mAμgRu-1,远超商业化铂/碳(2.01 mAμgRu-1)和钌/碳(1.66 mAμgRu-1).该催化剂也表现出了优异的析氢催化稳定性,5000圈循环后,10 mA cm-2下的过电位仅增加了2 mV,在恒电流测试中,10 h后电位仅下降了95 mV.  相似文献   
6.
孙立智  吕浩  闵晓文  刘犇 《应用化学》2022,39(4):673-684
合金化可以调节贵金属纳米材料的物理化学性质,从而显著提升它们的电催化性能。尽管合金化在过去的20多年里已取得诸多成果,但是如何充分发挥纳米合金的组分优势仍需深入的探究。本研究通过一步溶液相合成法实现了类金属硼(B)合金化的钯基介孔纳米催化剂材料的合成,同时探究了B原子的组分优势和介孔形貌的结构优势在碱性介质中电化学甲醇氧化反应(MOR)的协同作用。最优PdCuB介孔纳米催化剂表现出优异的电化学MOR活性和稳定性。机理研究表明,优异的催化活性源于B原子在Pd基介孔纳米催化剂中的积极协同作用;该协同作用通过电子效应(改变Pd的表面电子结构从而减弱CO基中间体的吸附)和双功能效应(促进OH_(2)的吸附从而氧化CO基中间体)在动力学上加速了有毒CO基中间体的去除(提高甲醇氧化的决速步骤)。同时,B原子的间隙插入和介孔结构抑制了物理奥斯特瓦尔德(Ostwald)熟化过程,显著增加了催化剂的稳定性。  相似文献   
7.
电催化二氧化碳还原反应(E-CO2RR)可在温和条件下将CO2转化成高附加值燃料或化学品,近年来受到广泛关注,其在实际反应中涉及到气体扩散和多电子转移等复杂过程,构筑高效、稳定的催化电极是其发展的核心之一。然而,传统涂敷电极制备时,需要将催化剂与粘结剂混合涂覆于集流体表面,此过程会造成活性位点包埋和传质过程受限,致使催化剂活性位利用率下降,同时在反应过程中电极表面容易粉化,造成稳定性下降,难以重复利用。因此,如何调控电极反应界面,提升催化剂活性位的利用率仍面临挑战。将催化剂原位生长于集流体上得到的一体化电极可直接应用于电催化反应,不仅有利于提升活性位利用率以及电荷传输能力,还能有效调控三相界面处的微观反应环境(如pH、反应物及反应中间体的浓度等),从而实现电催化性能强化。本文综述了一体化电极用于E-CO2RR的最新进展,分析了结构和表界面调控对E-CO2RR性能的影响规律,并对该领域仍然存在的挑战和未来一体化E-CO2RR电极的发展进行了评述与展望。  相似文献   
8.
The development of selective electrocatalysts for the chlorine evolution reaction (CER) is majorly restrained by a scaling relation between the OCl and OOH adsorbates, rendering that active CER catalysts are also reasonably active in the competing oxygen evolution reaction (OER). While theory predicts that the OCl versus OOH scaling relation can be circumvented as soon as the elementary reaction steps in the CER comprise the Cl rather than the OCl adsorbate, it was demonstrated recently that PtN4 sites embedded in a carbon nanotube follow this theoretical prediction. Advanced experimental analyses illustrate that the PtN4 sites also reveal a different reaction kinetics compared to the industrial benchmark of dimensionally stable anodes (DSA). A reverse Volmer–Heyrovsky mechanism was identified, in which the rate-determining Volmer step for small overpotentials is followed by the kinetically limiting Heyrovsky step for larger overpotentials. Since the PtN4 sites excel DSA in terms of activity and chlorine selectivity, we suggest the Cl intermediate as well as the reverse Volmer–Heyrovsky mechanism as the design criteria for the development of next-generation electrode materials beyond DSA.  相似文献   
9.
Alkaline water electrolysis despite having a variety of choices for anodic oxygen evolution reaction (OER) catalysts out of non-precious metals suffers significantly due to the poor kinetics of cathodic hydrogen evolution reaction (HER) even with the state-of-the-art Pt and equally active Ru. The Volmer-step (water dissociation (WD) coupled proton adsorption) of alkaline HER is mostly the rate-determining step (RDS) and costs most of the work required. In this review, recent developments in improving the HER kinetics of Pt and Ru with Volmer-step promotors and electronic structure modulators have been comprehensively analyzed and critically presented with the challenges and prospects.  相似文献   
10.
A facile one-pot hydrothermal method has been demonstrated for the fabrication of an innovative hydrangea-like NiSe/FeSe2 nanocatalyst for boosting oxygen evolution reaction (OER). Benefitting from the advantages of the porous architecture, high specific surface area, facilitated electron transfer rate, an ultralow overpotential of merely 210 mV is required for the optimized NiSe/FeSe2(1:1.5) to drive the electrocatalytic water oxidation to reach to 10 mA cm?2. Moreover, by equipping NiSe/FeSe2(1:1.5) with Pt/C for electrochemical water splitting, a cell potential of merely 1.60 V is demanded to attain 10 mA cm?2, even outperforming the IrO2 6 Pt/C couple. More importantly, the structure and morphology of NiSe/FeSe2(1:1.5) are still well maintained after a long-term chronopotentiometry test. This work opens a new avenue for constructing effective and durable non-precious electrocatalysts for OER.  相似文献   
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