夏宝玉Nature:酸性PEM中CO2转甲酸稳定跑5200小时,理论计算揭示动态Pb–PbCO3界面机制
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夏宝玉Nature:酸性PEM中CO2转甲酸稳定跑5200小时,理论计算揭示动态Pb–PbCO3界面机制

PEM 条件下的 CO2 电解要同时兼顾高碳利用、高选择性和长时间稳定运行。华中科技大学夏宝玉团队这篇 Nature,在酸性 PEM 中把 CO2 直接转成甲酸,做到了 93% 以上甲酸法拉第效率、约 91% 单程转化率,以及 600 mA cm⁻² 下连续运行 5,200 小时。
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Nat. Commun.:七个共一,四个通讯 PEM电解水
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Nat. Commun.:七个共一,四个通讯 PEM电解水

PEM 电解水阳极需要在强酸和高电位下长期析氧。Ir 基催化剂稳定性好,但成本高、资源受限;RuO₂ 活性高、成本相对低,但高价 Ru 容易进一步氧化和溶解,晶格氧参与也会加速结构衰退。
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Nature Chemistry:CO₂RR 里被忽略的碳酸根,竟然重构了界面水
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Nature Chemistry:CO₂RR 里被忽略的碳酸根,竟然重构了界面水

CO₂ 电还原常用碳酸氢盐电解液。过去讨论反应机制时,重点通常放在 CO₂、金属阳离子和催化剂表面,碳酸氢根/碳酸根更多被当作缓冲组分或碳损失来源。德国亥姆霍兹柏林材料与能源研究中心 Christopher S. Kley 团队这篇 Nature Chemistry,把碳酸根重新放到界面反应中讨论。文章通过原位 ATR-SEIRAS、差分电化学质谱(DEMS)、同位素标记和 DFT 计算说明:在 Au 催化 CO₂RR 过程中,碳酸根及其自由基可以调控界面水结构,进一步影响 CO₂RR 与 HER 的竞争关系。
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JACS:CO₂RR 催化剂为何越反应越粗糙?吸附氢给出新解释
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JACS:CO₂RR 催化剂为何越反应越粗糙?吸附氢给出新解释

CO₂ 电还原中,Cu 催化剂会边反应边重构:平整表面逐渐粗化,Cu 原子发生迁移、溶出和再沉积,最终形成低配位团簇。这些新结构会改变活性位点,直接影响 CO₂ 活化、CO 偶联和多碳产物生成。过去常把 Cu 重构归因于 CO 吸附或还原电位,但这很难解释宽电位范围内持续发生的表面变化。东南大学凌崇益、王金兰、李强团队这篇 JACS 提出,吸附氢才是关键前置因素:它先削弱 Cu–Cu 键、松动晶格,再让 CO、COOH 等中间体进一步触发 Cu 原子迁移和团簇形成。
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Nature Catalysis:被忽略的溶解Fe,如何改变NiFe OER反应路径?
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Nature Catalysis:被忽略的溶解Fe,如何改变NiFe OER反应路径?

NiFe 基氢氧化物是碱性 OER 中最经典的催化体系之一。过去对它的理解,主要集中在固体表面 Fe 位点:Fe 掺入 NiOOH 后形成高活性中心,促进 OER 进行。这篇 Nature Catalysis 提出了一个更动态的界面图像:NiFe 催化剂在 OER 过程中会发生 Fe 溶解和再沉积,部分溶解 Fe 物种转化为 FeO₄²⁻,并作为分子助催化剂参与关键 O–O 成键步骤。理论计算进一步说明,表面 *O 可以与溶液中的 FeO₄²⁻ 协同形成 *OOFeO₃ 中间体,使 OER 从传统固体表面 AEM 路径转向固体-分子协同路径。
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Nat. Commun.:适中的金属载体相互作用,DFT解释Ru-Co(OH)₂高效硝酸盐制氨
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Nat. Commun.:适中的金属载体相互作用,DFT解释Ru-Co(OH)₂高效硝酸盐制氨

硝酸盐电还原制氨可以把废水中的 NO₃⁻ 转化为 NH₃,同时实现污染物处理和资源回收。但多数催化剂需要在负电位下运行,能耗高,能量效率受限。这篇 Nature Communications 通过自腐蚀策略,把 Ru 团簇负载到不同金属氢氧化物载体上,构建了三类催化剂:Ru-Co(OH)₂、Ru-Ni(OH)₂ 和 Ru-Fe(OH)₂。结果显示,Ru-Co(OH)₂ 具有适中的金属-载体相互作用,可以同时优化 NO₃⁻ 吸附和界面水裂解,在正电位下实现高效 NO₃⁻ 还原制氨。理论计算进一步说明,Ru-Co(OH)₂ 的优势来自“适中相互作用”:Ru 位点提供合适的 NO₃⁻ 吸附,Co(OH)₂ 促进 H₂O 解离和 *H 供给,从而加快 NO₃⁻ 到 NH₃ 的连续氢化过程。
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