色一情一区二区三区四区,免费无码A片手机在线看片,欧美性猛交xxxx乱大交蜜桃 ,乱人伦中文视频在线观看

特別說明：本文由米測技術中心原創撰寫，旨在分享相關科研知識。因學識有限，難免有所疏漏和錯誤，請讀者批判性閱讀，也懇請大方之家批評指正。

原創丨米測MeLab

編輯丨風云

研究背景

貴金屬（例如Pt）具有優異的催化活性，因而被視為氫析出反應 (HER)的催化劑。然而，貴金屬的稀缺性和高成本促使研究人員探索更便宜的替代品。銅（Cu）因其成本低、豐度高和導電性優異而被認為是一種潛在的HER理想催化劑。

關鍵問題

然而，Cu基催化劑在HER中的應用主要存在以下問題：

1、純Cu催化劑在HER中催化活性不足

純Cu由于氫吸附吉布斯自由能（ΔG_H*）較弱，對HER的催化活性較差，無法達到商業碳載鉑（Pt/C）催化劑的水平。即使通過等離子噴涂引入5%的拉伸應變來調控局部結構，其催化性能仍然遠遠落后于Pt/C催化劑。

2、目前無法通過增加應變或與納米結構耦合來進一步提高純Cu催化性能

隨著Cu顆粒尺寸減小，通過局部結構調控形成的缺陷容易被納米顆粒表面吸收，難以穩定存在于低配位納米晶Cu中。此外，Cu的堆垛層錯能較低（45 mJ/m2），在局部結構調控過程中容易形成低應變或無應變的孿生缺陷，這使得在低配位納米晶Cu中引入強而穩定的拉伸應變面臨巨大挑戰。 

新思路

有鑒于此，復旦大學孫大林、方方、北京工業大學盧岳及北京大學周繼寒等人通過電還原驅動的局部結構改性來激活純Cu的催化活性，在酸性電解質中工作電流密度大于100 mA cm^-2 時，其HER催化性能優于商用Pt/C催化劑。激活包括兩個步驟：首先，通過脈沖激光燒蝕制備多晶Cu₂O納米粒子，使用電子顯微鏡觀察到Cu₂O粒子內的晶粒邊界。接下來，將Cu₂O顆粒電還原為純 Cu，誘導扭曲的納米孿晶和邊緣位錯的形成。這些局部結構會引起高晶格應變并降低Cu的配位數，從而增強Cu與中間體之間的相互作用（使用密度泛函理論計算），從而使催化劑具有出色的催化活性和耐久性。我觀察表明，低成本純 Cu可以成為大規模工業應用的有前途的HER催化劑。

技術方案：

1、采用兩步合成法制備銅納米粒子中的扭曲納米孿晶（DNTs-Cu）

DNTs-Cu催化劑通過兩步法制備：先用脈沖激光燒蝕制備Cu?O納米顆粒，再電還原為純Cu。隨著還原電位降低，納米孿晶密度增加，Cu-Cu鍵長和配位數變化，實現局部結構調控。    

2、分析了DNTs-Cu 的局部結構

DNTs-Cu（-1.2 V）催化劑通過HRTEM和電子斷層掃描分析，發現其具有豐富的扭曲納米孿晶和低配位數，存在顯著拉伸應變。DFT計算表明，低配位和拉伸應變使d帶中心上移，表現出優異的HER催化性能，表面原子為活性位點。

3、證實了DNTs-Cu具有優異的HER活性和耐久性

作者證實了DNTs-Cu（-1.2 V）催化劑在HER中表現出優異性能，其高活性源于低CN和拉伸應變的協同作用，且耐久性極佳，具有工業應用潛力。

4、解析了晶粒邊界在多晶Cu2O中的關鍵作用

作者通過研究證實了晶界對DNT形成的重要性，表明電還原驅動的局部結構調控具有普適性，為設計高性能催化劑提供了新思路。

技術優勢：

1、提出了一種創新的兩步合成策略，成功引入了獨特的納米結構

作者通過脈沖激光燒蝕（PLA）制備具有大量晶粒邊界的Cu?O納米粒子，然后通過電還原將Cu?O納米粒子轉化為含有豐富扭曲納米孿晶（DNT）的純Cu納米粒子（DNTs-Cu），實現了從氧化物到金屬催化劑的高效轉化。

2、通過純Cu結構的調控實現了析氫性能的大幅度提升

通過電還原驅動的局部結構改性，在Cu納米粒子中引入了DNT和邊緣位錯，這些結構特征導致了高晶格應變和低原子配位數（CN），大幅提高了催化活性和穩定性，即使在超過100 mA/cm2的高電流密度下，性能也優于商業Pt/C。    

技術細節

銅納米粒子中的扭曲納米孿晶

DNTs-Cu催化劑的合成采用兩步法：首先通過PLA在水中燒蝕Cu靶，形成多晶Cu?O納米顆粒，其平均粒徑為15.2±0.5 nm，納米晶粒尺寸為3.1±0.2 nm。隨后，將Cu?O納米顆粒在中性電解質中以不同電位（-0.8 V、-1.0 V、-1.2 V、-1.4 V）進行電還原，生成純Cu（DNTs-Cu）。隨著還原電位降低，納米孿晶密度增加，Cu-Cu鍵長從2.185 ?（-0.8 V）增至2.255 ?（-1.2 V和-1.4 V），平均配位數（CN）從10.9（-0.8 V）降至9.5（-1.2 V和-1.4 V）。通過X射線吸收光譜（XAS）分析，確認了Cu?O在不同還原電壓下還原為金屬Cu，且Cu的局部結構可通過兩步工藝有效調控。

  圖  DNTs-Cu催化劑的制備及表征

DNTs-Cu 的局部結構分析

DNTs-Cu（-1.2 V）催化劑的局部結構分析表明，其具有豐富的DNTs和低配位數（CN）。HRTEM顯示Cu納米晶粒通過孿晶連接，存在明顯的拉伸應變，通過原子分辨率電子斷層掃描重建了DNTs-Cu的三維原子結構，定量分析了CN、鍵長和應變張量。結果顯示納米顆粒具有復雜的納米孿生和位錯結構，表面原子CN較低，某些原子CN低至4或5。整體Cu-Cu鍵長變長，特別是在域3，表明晶格膨脹強烈。三維應變分析表明，z方向的強剪切應變引入了高達10%的拉伸應變。DFT計算表明，低CN和拉伸應變使Cu原子的d帶中心上移，ΔG_H減小，當CN為5且拉伸應變為6%時，ΔG_H接近零，表現出優異的HER催化性能。表面Cu原子表現出高拉伸應變和低CN，被確定為活性位點。電子全息實驗進一步表明，表面和孿晶邊界的低CN和應變Cu原子缺乏電子，可能是高活性HER催化位點。    

圖  DNTs-Cu 晶格應變起源分析

DNTs-Cu具有優異的HER活性和耐久性

DNTs-Cu（-1.2 V）催化劑在HER性能上展現出顯著優勢。與單晶Cu（MC-Cu）和Cu膜相比，其在10 mA/cm2時的過電位低至61 mV，接近Pt/C催化劑。在高電流密度（如500 mA/cm2）下，DNTs-Cu（-1.2 V）的過電位（301 mV）遠低于Pt/C（425 mV），表現出更優異的HER性能。原位拉曼光譜表明，DNTs-Cu（-1.2 V）的氫吸收能力隨電還原電位降低而增強。其交換電流密度（j_?）為1.1×10?3 A/cm2，是Pt/C的兩倍，表明其本征活性優于Pt。此外，DNTs-Cu（-1.2 V）的催化性能優于其他Cu基催化劑及部分貴金屬-Cu合金。退火實驗表明，其優異性能源于低配位數（CN）和強拉伸應變的協同作用。DNTs-Cu（-1.2 V）還表現出卓越的耐久性，經過5000次CV循環及125小時的i-t測試后，性能幾乎不變，遠優于Pt/C。在質子交換膜水電解器（PEMWE）中，DNTs-Cu（-1.2 V）也展現出優異的性能和穩定性，顯示出巨大的工業應用潛力。    

圖  DNTs-Cu粒子的3D原子結構和3D應變張量測量

晶粒邊界在PC-Cu₂O中的關鍵作用

研究表明，DNTs-Cu催化劑在HER中表現出優異性能，其形成與多晶Cu?O（PC-Cu?O）中的高密度晶粒邊界密切相關。在電還原過程中，晶粒邊界處的低擴散能壘（0.22-0.31 eV）促使Cu?O快速轉變為Cu，形成不同取向的Cu納米晶體。隨著晶體合并，界面失配誘導納米孿晶和高拉伸應變的形成。進一步實驗表明，退火后的單晶Cu?O納米顆粒在電還原后未形成DNT，且HER活性顯著降低，證實了晶界對DNT形成的重要性。此外，類似方法制備的多晶Ag?O納米顆粒在電還原后也觀察到DNT，顯著提升了Ag的HER活性。這表明電還原驅動的局部結構調控具有普適性，為設計高性能催化劑提供了新思路。    

圖  不同催化劑在0.5?M H₂SO₄水性電解質中的HER活性和耐久性

展望

總之，與傳統的金屬材料制備方法相比，電化學方法產生了更大的驅動力，可以產生強而穩定的應變，并為功能金屬材料的制備提供新的思路。此外，這種通過電還原在金屬中形成DNT的方法以及通過改變CN和拉伸應變來調節ΔG_H* 的原理已被證實是激活通常對HER催化無活性的金屬的有效策略。

參考文獻：

Li, Z., Wang, Y., Liu, H. et al. Electroreduction-driven distorted nanotwins activate pure Cu for efficient hydrogen evolution. Nat. Mater. (2025). 

https://doi.org/10.1038/s41563-024-02098-2