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高溫?zé)釠_擊焦耳?/a>鐵蟲 (初入文壇)
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[交流]
焦耳加熱技術(shù)如何優(yōu)化OER電催化劑的催化性能和穩(wěn)定性？
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焦耳加熱技術(shù)主要通過以下幾種方式優(yōu)化OER（析氧反應(yīng)）電催化劑的催化性能和穩(wěn)定性： 1. 通過合金化策略調(diào)控電子結(jié)構(gòu) 焦耳加熱技術(shù)能夠快速合成多組分合金催化劑，通過精確調(diào)控元素的組成，優(yōu)化催化劑的電子結(jié)構(gòu)，從而降低反應(yīng)能壘。例如，通過焦耳加熱技術(shù)制備的Ru-Fe合金納米顆粒，其OER性能優(yōu)于純Ru催化劑。[70] 理論計(jì)算表明，F(xiàn)e的摻雜導(dǎo)致Ru的d帶中心從-1.36 eV（RuO₂）上移至-1.06 eV（Ru₂/₃Fe₁/₃O₂），這優(yōu)化了OER中間體的吸附能，降低了決速步（RDS）的能壘，從而顯著提升了催化活性[77]。該催化劑在10和100 mA cm-²電流密度下的過電位分別僅為188和269 mV[70]。 2. 誘導(dǎo)原位表面重構(gòu)形成穩(wěn)定活性層 焦耳加熱制備的催化劑在OER過程中會(huì)發(fā)生有利的動(dòng)態(tài)表面重構(gòu)，形成真正的高活性穩(wěn)定相。以RuFe@CF催化劑為例，在酸性O(shè)ER過程中，其表面的Ru⁰會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)镽u⁴⁺，形成一層具有保護(hù)作用的RuO₂活性層。[70][75] 與純Ru相比，F(xiàn)e的加入有效抑制了催化劑表面的溶解，通過原位重構(gòu)形成的穩(wěn)定氧化物層極大地增強(qiáng)了催化劑的長期運(yùn)行穩(wěn)定性和耐用性[70]。 3. 構(gòu)建異質(zhì)結(jié)構(gòu)與多組分協(xié)同效應(yīng) 焦耳加熱技術(shù)可用于構(gòu)建具有異質(zhì)界面的多組分催化劑，利用不同組分間的協(xié)同效應(yīng)來提升催化性能和穩(wěn)定性。例如，通過電沉積結(jié)合焦耳加熱技術(shù)制備的Fe-NiO/MoO₂納米球催化劑，其Fe/Mo共摻雜顯著優(yōu)化了OER反應(yīng)中間體的吸附能，將決速步的能壘從3.40 eV（未摻雜的NiOOH）降低至1.85 eV。[89] 更重要的是，這種多組分設(shè)計(jì)還能提升催化劑在苛刻環(huán)境（如海水）中的穩(wěn)定性。DFT計(jì)算表明，F(xiàn)e和Mo的摻雜使得催化劑表面形成了一個(gè)富水層，該水層能有效排斥Cl-離子，從而抑制氯離子腐蝕，增強(qiáng)了材料在高鹽度環(huán)境下的穩(wěn)定性。[88][89] 總之，焦耳加熱技術(shù)通過其獨(dú)特的超快速、非平衡合成特性，能夠精確設(shè)計(jì)合金組分、誘導(dǎo)有利的表面重構(gòu)以及構(gòu)建多功能異質(zhì)結(jié)構(gòu)，從而在電子和原子層面協(xié)同優(yōu)化了OER電催化劑的活性和穩(wěn)定性�！疚墨I(xiàn)信息：Congqi Zhu, Dan Zhu, Fengyi Liu, Ruchun Li. Recent Advances in Joule Heating Ultrafast Technology for Electrocatalysis. iScience, 2026, 114602. ISSN 2589-0042, https://doi.org/10.1016/j.isci.2025.114602.】 |
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