MIT团队解析电极吸附效应:钴酞菁析氢催化提速五个数量级的机理基础
ChemRxiv预印本显示,MIT Surendranath团队定量对比钴四磺酸酞菁(CoTSPc)溶解态与吸附于碳电极表面两种形式的析氢催化行为:同等电位下吸附态催化速率快逾五个数量级。机理研究表明两种形态均经氢化物转移速控步骤,但吸附态Co-H氢化物自由能随电位极化大幅下降,最低降至1.2 kcal/mol,揭示了双电层电场对分子电催化的重塑作用。
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ChemRxiv预印本显示,MIT Surendranath团队定量对比钴四磺酸酞菁(CoTSPc)溶解态与吸附于碳电极表面两种形式的析氢催化行为:同等电位下吸附态催化速率快逾五个数量级。机理研究表明两种形态均经氢化物转移速控步骤,但吸附态Co-H氢化物自由能随电位极化大幅下降,最低降至1.2 kcal/mol,揭示了双电层电场对分子电催化的重塑作用。
arXiv 10月25日收录论文(2610.34354)通过第一性原理计算筛选二维氮杂三苯烯单层的过渡金属功能化:Co、Ru、Y锚定后氢吸附自由能从-0.78 eV大幅降至0.05、0.20、0.06 eV,接近铂族催化活性。
研究团队开发CoOx/Ni泡沫电催化剂,将温和乙醇溶剂分级获得的复杂碳水化合物混合物在室温常压下电氧化为甲酸/草酸盐:以木糖为模型物,1.42 V vs RHE下甲酸收率达73%,远超裸镍泡沫的46%,为生物炼厂副流增值提供新路径。
韩国基础科学支援研究院(KBSI)与庆尚国立大学、台湾科技大学联合开发片状氧化镍负载的单原子钌催化剂,将废PET解聚产物乙二醇转化为甲酸盐,法拉第效率达86.37%,实际废PET解聚液中累计稳定运行300小时,并用混合二次离子质谱阐明EG脱氢断键生成甲酸盐的反应路径,为PET化学回收突破乙二醇分离难题提供新路径。
10月22日发布于ChemRxiv的研究设计强共价铜化合物CuSi2P3纳米颗粒,在CO电还原中保持孤立铜原子并让磷原子介入成为C-C偶联位点,实现80%法拉第效率的C2产物选择性(含氧化合物73%),电流密度-150 mA/cm2,为多碳化学品电合成开辟新催化剂家族。
日本理化学研究所团队在Nature Chemistry发表研究,发现将水温调节至接近0°C可抑制二氧化锰析氧催化剂经高锰酸根路径的降解,显著延长催化剂寿命;低于0°C时过冷效应反而加速降解,形成近0°C的最优温度点,为低温环境电解系统提供新设计维度。
新加坡国立大学工程设计学院团队开发出名为DELINE的成像方法,可在电催化反应中追踪单一反应事件、绘制催化剂表面的局部活性差异,并在金、铜催化剂上完成验证;该方法突破了传统测量「多颗粒平均」掩盖局部信息的局限,有望指导催化剂按工况定向设计。
韩国能源研究院(KIER)氢能研究部团队开发出Ni/Co基异质结构碱性水电解电极,在镍氧化物加速水分子解离、镍钴合金促进析氢的双功能协同下,以约40%的过电位实现与铂电极相当的产氢速率,材料成本较贵金属电极下降99%,8.7厘米单体电池电压降低11%。
柏林工业大学技术电化学与电催化系启动JEThylen与INNOCELL两个为期三年的CO₂直接电解研究项目,总额约260万欧元。JEThylen由西门子能源牵头,目标将电池电压从4.5伏降至2.5伏、能效从27%提升至50%;INNOCELL攻关放大化电解池设计,目标电流密度不低于500毫安/平方厘米。
研究人员报道一种平面四齿PONNOP配体(联吡啶二亚磷酸酯)约束镍配合物几何构型,显著降低Ni–H键解离自由能,使分子HER催化剂得以通过双金属均裂路径放出H2——晶体学、磁学、光谱、计算与电化学测试共同支撑该机理,为丰产元素放氢催化剂设计提供配体工程新范式。
研究人员开发芘修饰的CO2敏感比率型荧光探针,首次在运行条件下直接可视化电催化CO2还原(CO2RR)电极界面附近溶解CO2的空间分布,发现界面微环境存在显著空间不均性、气-液-固界面动态演化以及意外强烈的局部CO2富集(约84.4±27.5 mM),为理解CO2RR传质提供了通用表征策略。
研究者在ChemRxiv发布预印本,利用PCN-521金属有机框架的刚性结构,在相同节点位点上分别布置腈基与醛基振动斯塔克探针,结合三氟乙酸根场供体证明:电场只有沿反应轴取向才能有效稳定过渡态,为酶式静电预组织催化设计提供了定量依据。
印度科学学院(IISc)研究人员结合机器学习与计算机模拟,在铜催化剂表面识别出9389个此前被忽视的化学反应,为CO2转化为燃料和工业化学品发现新路径,成果发表于《自然·通讯》。
ChemRxiv预印本报道通过合理配体工程将单向CO2还原催化转化为双向CO2/CO转换:针对钴中心高氧化态难及的问题,采用氧化还原非Innocent配体将多余电子储存于配体、稳定极低金属氧化态,报道了带两个氧化还原活性配体的钴配合物,助力碳中和能源技术。
ChemRxiv预印本报道丙醛稳定化木质素在碱性介质镍电极上的一锅电氧化解聚策略:温和条件下不使用氧化还原介体,选择性切断约24%木质素为紫丁香基/愈创木基芳香单体,乙酸乙酯可萃取产物收率达28%,较未改性木质素提高近四倍。
10月6日发布的ChemRxiv预印本研究Sn掺杂尖晶石钴氧化物酸性析氧催化剂,通过TiO2同时作为活性位点与保护层,面向质子交换膜(PEM)电解水制绿氢的非贵金属稳定阳极需求——酸性OER的稳定性是PEM电解槽降本的关键瓶颈。