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法拉第效率前沿信息_法拉第定律公式q nfe(2024年12月实时热点)

内容来源：麦吉窗影视所属栏目：教程更新日期：2024-12-02

法拉第效率

析氧反应（OER）催化剂性能全解析在析氧反应（OER）中，催化剂的性能通常通过几个关键参数来评估，包括过电势（𜉣€Tafel斜率、稳定性、电化学活性比表面积、电化学阻抗和法拉第效率。下面我们将详细介绍这些参数的计算和测试方法。过电势与Tafel斜率的计算 𐟓Š 极化曲线是通过线性扫描伏安法（LSV）测得的，电势窗一般设置在0.2-0.9V范围内，扫速为0.05 mV/s，旋转圆盘转速为1600 rpm。在Origin软件中作图时，需要进行IR补偿。测试时参比电极一般选用HgO电极，换算为可逆氢电极（RHE）的公式为E(RHE)=E(Hg/HgO) +0.9324 - 90%IR，其中I为瞬时电流，R为溶液阻抗。电流密度换算公式为i=i*5100。过电势是评估催化剂性能的重要指标之一，一般选用电流密度为10或20 mAⷣm-2时的电位E，过电势等于该电流密度下的电位减去平衡电位E-1.23V。根据Butler-Volmer公式，Tafel方程可表示为log(i)=log(i0)+b，即取电流密度的对数为横坐标，过电势为纵坐标，截取一小部分接近直线的点，其斜率就是Tafel斜率b。Tafel斜率越小，说明过电势随电流密度增长的变化越小，电催化性能越好。稳定性测试 ⏲️ 稳定性测试可以采用计时电流法或计时电位法。在计时电流法中，电压一般设定在电流密度为10 mAⷣm-2时的电压值，循环一定时间后观察电流的衰减情况；而在计时电位法中，将电流密度设定在10 mAⷣm-2，循环一定时间后观察电位的增长情况。其他参数 𐟌 除了过电势和Tafel斜率，稳定性、电化学活性比表面积、电化学阻抗和法拉第效率也是评估催化剂性能的重要参数。稳定性测试可以通过计时电流法或计时电位法进行。电化学活性比表面积可以通过循环伏安法（CV）测量得到。电化学阻抗可以通过电化学工作站或阻抗计算得到。法拉第效率可以通过测量反应物的消耗和生成物的生成量来计算。通过这些参数的综合分析，可以全面评估析氧反应（OER）催化剂的性能。

「x-mol微资讯」【福建物构所曹荣研究员Angew：Ag/Cu2O界面高效催化CO2中性电还原生成C2H4】网页链接中国科学院福建物质结构研究所曹荣课题组报告了一种优化的Ag-Cu2O界面催化剂，该催化剂在流动池中650 mA cm-2 的条件下，C2+法拉第效率(FE)达到73.6%。

氨（NH₃）作为重要化学品和清洁燃料，传统合成方式（哈伯-博施法）存在高能耗和高碳排放的问题。电化学硝酸盐还原（NO₃⁻-RR）在温和条件下合成氨，提供了绿色高效的替代路径。本文开发了一种低价铁掺杂的镍磷化物（Fe-Ni₂P）催化剂，通过三重调控策略，成功实现了工业电流密度下的高效NO₃⁻-RR。 ✨研究亮点突破性的三重调控策略：Fe𚩀š过快速将NO₃⁻转化为NO₂⁻、优化Ni₂P电子结构和动态平衡Hads，显著提升了催化性能。卓越的电化学性能：在1000 mA/cmⲧ”𕦵密度下，Fe-Ni₂P氨产率高达120.1 mg h⁻⹠cm⁻ⲯ𜌦𓕦‹‰第效率超过90%。工业级稳定性：催化剂在130小时长时间操作中，性能稳定无明显衰减，表现出极高的应用潜力。 𐟓Š展望该研究通过低价铁的引入，实现了硝酸盐到氨的高效转化，为清洁化学品生产提供了可行方案。未来，这一策略有望应用于更多电催化反应的设计中，推动绿色化学与能源技术的发展。 𐟓š文献信息期刊：Angewandte Chemie International Edition DOI：10.1002/anie.202415300 #科研学习# #文献阅读# #科研绘图# #电催化# #催化# #合成氨#

「x-mol微资讯」【中山大学李光琴教授课题组Angew：一锅法电催化还原NOx高效合成氨基酸】网页链接近日，该团队再次取得突破，通过异金属掺杂策略，在泡沫铜上原位生长MOF阵列并衍生构筑新型的双金属催化剂，从而优化电解产生的活性氢利用路径，高效电催化硝酸根及NOx耦合乙醛酸合成甘氨酸，实现了优异的法拉第效率同时兼顾高选择性，具有良好的工业应用前景。

尿素在农业和工业中应用广泛，但传统合成方法能耗高、碳排放量大。通过电化学路径利用CO₂和NO₃⁻合成尿素为更环保的替代方案。然而，尿素电合成的C-N偶联过程效率低、难度大。研究团队设计了一种Cu/Cu₂O异质界面催化剂，优化C-N偶联过程，成功实现低电位、高选择性的尿素生产。 ✨研究亮点 Cu/Cu₂O异质整流界面：调控界面电子结构，增强CO和NOH中间体的结合，促进C-N偶联反应。低能耗、高效率：在0至-0.3 V条件下，法拉第效率达32.6%至47.0%，尿素生成速率高达30.4 ol h⁻⹠cm⁻ⲣ€‚ 工业应用潜力：与甲醛氧化反应结合，显著降低能耗，适合工业规模应用。 𐟓Š前沿突破该催化剂实现了超低电位下的高效尿素合成，未来有望用于绿色、可持续的尿素生产中。 𐟓š文献信息期刊：Angewandte Chemie International Edition DOI：10.1002/anie.202413534 #文献阅读#⠂ #科研学习#⠂ #催化#⠂ #电合成#⠂ #尿素#⠂ #科研绘图#

甲酸是重要的化工原料和潜在燃料，传统的高耗能CO₂捕集工艺增加了生产成本。针对这一问题，研究团队开发了一种基于聚离子液体（PIL）的电催化还原新策略，通过固态电解质电解槽（SSE）直接从烟气中制备高纯度甲酸溶液，显著提高了CO₂利用率并降低了生产成本。 ✨研究亮点创新CO₂吸附与催化机制：通过PIL分子设计增强了CO₂富集和转化能力，显著降低反应活化能，优化了催化剂的效率。高效低浓度CO₂处理：在CO₂浓度仅15%的烟气条件下，Bi-PIL复合催化剂保持了92.5%的甲酸生成法拉第效率。固态电解质电解槽集成：首次在电解槽中应用SSE技术，直接实现了纯甲酸的连续制备，简化了生产流程，显著节省能耗。降低50%的生产成本：集成工艺免除传统CO₂捕集和分离过程，与传统工艺相比，甲酸生产成本降低约50%。 𐟓Š前沿突破本研究通过聚离子液体与固态电解质相结合的创新策略，实现了从烟气到纯甲酸的高效转化，为甲酸的可持续生产提供了全新方案。 𐟓š文献信息期刊：Advanced Materials DOI：10.1002/adma.202409390 #科研学习#⠂ #催化#⠂ #文献阅读#⠂ #电催化#⠂ #sci论文#⠂ #科研绘图#⠂ #二氧化碳电还原#

【科学家开发高效配对电解系统】中国科学院福建物质结构研究所的研究团队开发出高效的配对电解系统，该系统将阴极的酸性介质中的CO2还原反应（CO2RR）与阳极的碱性介质中的甲醇氧化反应（MOR）相结合。阴极电解质为3 M KCl + 0.1 M HCl溶液，而阳极电解质则是1.0 M KOH + 2.0 M甲醇溶液，并通过一个阳离子交换膜进行物理隔离。这一创新的电解装置能够在1.9伏特的电压下稳定运行超过90小时，其法拉第效率在广泛的电压区间内均超过了预期值，尤其在合成甲酸时，在2.1伏特的电压下就能达到约130毫安每平方厘米的电流密度，且相比传统的酸/碱耦合CO2RR-OER系统，能源消耗显著降低达三倍之多。这项研究不仅推进二氧化碳电解技术的发展，还展示了高效电催化剂合成的潜力。

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氯气（Cl₂）是化工行业的重要基础化学品，传统氯碱电解过程依赖于贵金属基混合金属氧化物（MMOs）催化剂，但成本高、资源有限。近期，电化学析氯反应（CER）领域取得了重要进展，创新催化材料和理论框架大大优化了反应性能。本综述重点探讨了CER催化中的新兴理论与非贵金属基材料的应用，为实现绿色高效的氯气生产开拓了新路径。 ✨研究亮点理论推动催化设计：通过计算氢电极（CHE）法，厘清了关键中间体的自由能变化，为新型催化剂设计提供了科学依据。单原子催化剂实现优异选择性：Pt基单原子催化剂（ADC）在低浓度NaCl和中性pH下表现出高氯气选择性。高熵氧化物突破材料局限：高熵氧化物（HEO）催化剂在中性环境中展现低过电位和高法拉第效率，为氯气生产提供了多样化方案。 𐟓Š前沿突破从石墨到高熵氧化物的技术演变，展示了氯碱电解催化剂向非贵金属材料的不断升级，推动了更高效、低成本的氯气生产。 𐟓š文献信息期刊：Angewandte Chemie International Edition DOI：10.1002/anie.202417293 #文献阅读#⠂ #科研学习#⠂ #催化#⠂ #电催化#⠂ #科研#⠂ #科研绘图#⠂ #综述#

电催化CO2还原：从理论到实践的挑战随着全球气候变暖的加剧，大气中CO2浓度的持续升高已成为一个紧迫的问题。化石燃料的过度燃烧是CO2排放的主要来源。为了实现碳的净零排放目标，主要有三种策略：脱碳化、碳捕获和碳循环。然而，脱碳化和碳捕获由于设备成本高、捕获效率低等缺点，难以有效实现这一目标。 𐟌🠧”𕥂쥌–CO2还原（CO2RR）是一种利用可再生能源（如太阳能或风能）产生的电力，将CO2还原成高附加值的燃料和化学品的方法，具有简便有效的特点。这种方法为碳的理想闭环提供了一种途径。 𐟔젧”𕥂쥌–CO2RR的工作原理上世纪八十年代，Y. Hori（日本千叶大学）开始探究不同金属还原CO2的能力差异，将金属按产物分成了以下几类：产CO为主：Au, Ag, Zn, Pd 产HCOOH为主：Pb, In, Sn 产H2为主：Fe, Ni, Pt 产烃类或多碳产物：Cu 𐟒ᠧ”𕥂쥌–CO2RR的优势只需简单的电化学过程即可获得碳基产物。能够合成一些难以通过其他反应得到的产物（如通过合成气反应）。反应在常温常压下进行。所需能量由可再生能源提供，如太阳能、风能，有助于推动碳的闭环。 𐟚砧”𕥂쥌–CO2RR的难点 CO2分子的惰性：由于CO2是一种直线型共价化合物，分子高度对称，C=O双键键能很高（187 kcal/mol），需要提供更多的电能才能活化CO2分子，使其参与反应。多电子-质子耦合反应：CO2RR是一个多电子-质子耦合的反应过程，反应中间步骤涉及的反应中间体众多，如何精准控制反应的产物选择性是当前研究领域的一大难点。竞争反应HER：由于CO2RR大多在含水电解液中进行，相比于CO2RR，HER更低的过电位使H2更易析出，且HER只涉及2个电子转移，而CO2RR是一个多电子转移过程（针对多碳产物而言）。 𐟓Š 评估电催化剂性能的参数法拉第效率（FE）：反应产物的选择性。过电位（Overpotential）：驱动反应所需要的最小实际电压（相比于热力学平衡电势），过电位越小表明在更低的能耗下即可驱动反应进行。电流密度（Current Density）：反应活性（生成产物的反应速率），这个数值需要通过电化学活性面积ECSA进行标准化，以便与不同催化剂进行比较。通过这些参数，我们可以更好地评估电催化剂的性能，推动电催化CO2还原技术的发展。

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