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中科大構(gòu)筑無(wú)機(jī)圖靈結(jié)構(gòu)催化界面
文章來(lái)源：中國(guó)化工報(bào) 更新時(shí)間：2021-02-26 14:26:27
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中化新網(wǎng)訊 近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授高敏銳研究組利用“反應(yīng)—擴(kuò)散”的機(jī)制，首次實(shí)現(xiàn)了在無(wú)機(jī)過(guò)渡金屬硫族化合物上圖靈結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑。 圖靈結(jié)構(gòu)在自然界中廣泛存在，如：斑馬、海魚(yú)、河豚、貝殼體表的圖紋、風(fēng)中黃沙波紋、蕨類(lèi)植物葉片、向日葵葉序和小鼠的毛囊間距乃至毛發(fā)的密度等均為“反應(yīng)—擴(kuò)散”的結(jié)果。然而，在化學(xué)體系中構(gòu)建圖靈結(jié)構(gòu)難度很大，主要因?yàn)樵诖蟛糠只瘜W(xué)系統(tǒng)中，物質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)差異性小，不滿(mǎn)足圖靈結(jié)構(gòu)形成的要求，即激活劑的擴(kuò)散速度比抑制劑小許多。直到上世紀(jì)90年代，法國(guó)科學(xué)家才基于“反應(yīng)—擴(kuò)散”機(jī)理在“亞氯酸鹽—碘—丙二酸反應(yīng)”中構(gòu)建出圖靈圖案。 研究人員發(fā)現(xiàn)，在二乙烯三胺(DETA)與水的二元溶液中，Ag+和DETA發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)形成Ag(DETA)+，同時(shí)Co2+從二硒化鈷(CoSe2)納米帶表面溢出。在該系統(tǒng)中，Ag(DETA)+是抑制劑而Co2+是激活劑。快速擴(kuò)散的Ag(DETA)+到達(dá)CoSe2表面的能斯特層時(shí)，與擴(kuò)散到CoSe2表面的激活劑Co2+發(fā)生作用，最終在CoSe2表面形成復(fù)雜美麗的Ag2Se圖靈圖案。 進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，這種多界面的圖靈結(jié)構(gòu)Ag2Se-CoSe2材料是一種高效的氧氣進(jìn)化電催化劑，僅需要221mV的過(guò)電壓即可實(shí)現(xiàn)10mA/cm2的產(chǎn)氧電流密度，其陽(yáng)極析氧效率為84.5%。實(shí)驗(yàn)表明，Ag2Se-CoSe2的OER活性與圖靈結(jié)構(gòu)的界面長(zhǎng)度呈線(xiàn)性相關(guān)，豐富的界面結(jié)構(gòu)和界面結(jié)構(gòu)處優(yōu)化的中間體吸附能是其高活性的主要原因。 該研究運(yùn)用“反應(yīng)—擴(kuò)散”理論，首次在無(wú)機(jī)納米結(jié)構(gòu)材料上構(gòu)筑復(fù)雜的圖靈結(jié)構(gòu)，為設(shè)計(jì)更高性能的廉價(jià)催化劑提供新思路。 |
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