综合新闻 News
联系我们
  • 客服服务电话:021-64321087
  • 商业服务电话:13918059423
  • 技术服务电话:13918059423
  • 联系人:崔老师 
  • 服务邮箱:shxtb@163.com
  • 地址:上海市徐汇区桂林路100号8号楼107室

用于电催化反应的稀土基纳米材料的合理设计

日期: 2025-05-15
浏览次数: 133

来源:ACS Publications

开发电能储存和转换设备对于实现可再生能源(如风能和太阳能)的使用以及减少大气中的 CO 至关重要2排放。然而,许多电催化反应涉及多个质子-电子转移路径,受高反应势垒和缓慢动力学的限制,导致能量转换效率不令人满意。设计和开发催化剂是实现高效能源转换的迫切需求。大量研究表明,在金属氧化物、金属硫化物、金属氮化物和其他具有电催化活性的载体材料中引入稀土元素,可以通过改变催化剂表面的亲氧性、电子结构和几何效应来有效调节反应性和选择性。例如,稀土基纳米材料催化的 CO2还原反应 (CO2RR) 已经实现以增强 CH4通过选择合适的稀土元素来改变催化剂表面的亲氧性,从而提高选择性。亲氧性的差异可以控制中间体的吸附类型和 *CO 加氢效率。此外,据报道,由大半径稀土元素引起的支架晶格畸变可以减少不成对的 d 轨道电子数,从而促进 *OH 吸附和析氧反应 (OER) 活性。同样,研究表明,稀土氧化物的引入有利于防止反应过程中过渡金属离子的溶解,突出了稀土元素对稳定性的贡献。因此,人们普遍认为,由于稀土基纳米材料具有独特的化学性质,可以为解决电催化领域的剩余挑战提供巨大的潜力。

值得注意的是,由于稀土元素对电催化反应无活性,因此主要用作助催化剂以提高载体的催化性能。大量研究表明,稀土元素在载体中的位置对催化性能有显着影响。稀土元素在载体中位置的差异可以改变稀土基纳米材料的局部结构,包括键长、键角和配位数,因此可能会改变与催化性能相关的多种物理和化学性质。出于这个原因,根据稀土元素在载体中的位置对稀土基纳米材料进行分类和理解可以为更好的催化剂设计提供信息。稀土基纳米材料可进一步分类如下:晶格、表面和界面结构。晶格结构表现出稀土元素掺入支撑晶格中的特性,形成化合物,合金和掺杂纳米材料。当孤立的稀土原子加载到支架表面时,它们会产生表面结构。这些材料被称为金属原子利用率高的稀土单原子材料。通过在稀土化合物和其他金属化合物之间构建异质结构,例如金属/稀土氧化物/金属 (M/REO)x),金属氧化物/稀土氧化物 (MOx/REOx),金属硫化物/稀土氧化物 (MSx/REOx),和其他材料,生成界面结构。尽管稀土基纳米材料的合成和原始结构鉴定取得了重大进展,但反应系统的复杂性,包括催化剂和电解质之间的界面结构、电解质中的阳离子和阴离子以及原位条件下的反应微环境,阻碍了对稀土元素作用的全面理解。一旦在催化过程中发生结构演变,对反应机制和活性位点特征的理解就变得更具挑战性。在这种情况下,将原始结构与性能之间的关系应用于设计高效的稀土基纳米材料是很困难的。

随着现代表征技术的发展,在理解结构演变和反应机制方面,已经提出了对稀土基纳米材料的重大突破。因此,本文旨在提供稀土元素位置、电催化性能和反应机理之间的潜在联系(图 1)。我们将具体描述控制稀土元素在载体中位置的合成方法及其表征,然后介绍用于各种电催化反应的稀土基纳米材料的最新进展。此外,将总结当前用于揭示反应机理的原位表征技术,包括原位时间分辨技术,空间分辨技术和能量分辨技术。强调稀土位置在给定催化过程载体中的作用将指导未来应用于电催化反应的高活性和稳定的稀土基纳米材料的设计。




Hot News / 相关推荐
  • 2025 - 06 - 30
    点击次数: 15
    讲好稀土故事,传递上海声音!《上海稀土》电子期刊2025年第1期正式上线,请点击左下方阅读原文,即可查看。还等什么,快来阅读吧!↓↓↓↓↓↓阅读原文
  • 2025 - 06 - 30
    点击次数: 16
    讲好稀土故事,传递上海声音!《上海稀土》电子期刊2025年第1期正式上线,请点击左下方阅读原文,即可查看。还等什么,快来阅读吧!↓↓↓↓↓↓阅读原文
  • 2025 - 06 - 30
    点击次数: 15
    来源:X-MOL吡啶作为最重要的氮杂芳环化合物之一,在医药、农药、材料科学和催化等领域具有广泛应用。因此,发展带有特定官能团的吡啶化合物的选择性合成方法一直是有机合成化学的研究热点。吡啶与烯烃的直接烷基化反应是构建烷基化吡啶的高效策略,可避免传统多步合成的局限性。目前该反应研究主要集中于端烯(如苯乙烯、丙烯酸酯等),而对内烯的研究相对较少。最近,上海有机所的施世良课题组通过Ni-Al协同催化体系并...
  • 2025 - 06 - 30
    点击次数: 14
    来源:X-MOL监测水系统中的农药残留和镧系金属对于保护人类健康和环境完整性至关重要。在此,我们通过界面工程精确设计了一种基于 Mn-粘土的复合纳米酶,并首次使用原位 ATR-FTIR 光谱和质谱评估了草甘膦 (Glyp) 的界面构型对漆酶样活性的影响。DFT 计算表明,膦酸盐基团与 Mn - Mn 相互作用形成具有多种配置的内球络合物,这些复合物具有定制电子转移和氧化还原能力。Ce3 + 作为迄...
  • Copyright ©Copyright 2018  2020 上海市稀土协会 All Rights Reserved 沪ICP备2020034223号-1  沪公网安备 31010402010140号
    主办单位:上海市稀土协会 指导单位:上海市稀土材料开发应用办公室 承办单位:上海稀土产业促进中心 
    犀牛云提供企业云服务