Erhöhte Aktivität der Sauerstoffreduktionsreaktion und biperiodische Trends von Lanthanid

Feb 12, 2024

27. Juni 2023

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von Zhang Nannan, Chinesische Akademie der Wissenschaften

Eine Forschungsgruppe unter der Leitung von Prof. Wang Liping am Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering (NIMTE) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften hat über die erhöhte Aktivität der Sauerstoffreduktionsreaktion (ORR) und biperiodische chemische Trends von Lanthanid-dotiertem Molybdändisulfid (Ln) berichtet -MoS2). Die Studie wurde in Nature Communications veröffentlicht.

MoS2 hat breite Anwendungsaussichten in der Katalyse, Feststoffschmierung, Optoelektronik und anderen Bereichen. Verschiedene Lanthanoide (Ln) wie Sm, Eu, Dy, Ho, Er und Yb usw. können in MoS2 dotiert werden, um seine physikalisch-chemischen Eigenschaften zu modifizieren.

Durch die Reduzierung von O2 zu H2O spielt die Sauerstoffreduktion an der Oberfläche eine entscheidende Rolle für die Leistung und Lebensdauer von Ln-MoS2-basierten Funktionsmaterialien, Beschichtungen und Geräten, wie z. B. der Brennstoffzelleneffizienz und der galvanischen Korrosion von Geräten. Die Erforschung der ORR-Aktivität auf der Oberfläche von Ln-MoS2 und ihres orbitalen chemischen Mechanismus kann als Leitfaden für das praktische Anwendungsdesign, die präzise Leistungsregulierung und den wirksamen Schutz von Ln-MoS2-Systemen dienen.

Durch Berechnungen der Dichtefunktionaltheorie untersuchten die Forscher den ORR-Prozess auf allen 15 Ln-MoS2-Oberflächen (Ln = La ~ Lu).

Die Dotierung mit Ln steigerte die ORR-Aktivität auf Ln-MoS2-Oberflächen deutlich. Darüber hinaus wurde ein faszinierender modulierender biperiodischer chemischer Trend der ORR-Aktivität beobachtet.

Darüber hinaus wurde der Wassereffekt auf die Grenzfläche zwischen losem F und Flüssigkeit auf der Grundlage der thermodynamischen Statistiken genau simuliert. Es wurden auch Strom-Potenzial-Polarisationskurvensimulationen durchgeführt, um die ORR-Aktivität quantitativ aufzudecken und die damit verbundenen Experimente effektiv zu steuern.

Eine eingehende Analyse der elektronischen Struktur ergab, dass die Steigerung der ORR-Aktivität auf einen Defektzustandspaarungsmechanismus zurückzuführen ist, der die Hydroxyl- und Hydroperoxyl-Adsorbate auf Ln-MoS2 selektiv stabilisiert und so die ORR-Energiebarriere deutlich senkt.

Darüber hinaus wurde ein allgemeiner Mechanismus der Orbitalchemie von Ln-MoS2-Systemen vorgeschlagen, der zur Erklärung der intrinsischen biperiodischen Trends beiträgt, die bei verschiedenen elektronischen, thermodynamischen und kinetischen Eigenschaften beobachtet werden.

Diese Arbeit beleuchtet das Design überlegener Ln-MoS2-basierter Materialien und verwandter Systeme mit vielversprechenden Anwendungs- und kommerziellen Aussichten in Elektrokatalysatoren, optoelektronischen Nanogeräten und Korrosionsschutzbeschichtungen.

Mehr Informationen: Yu Hao et al., Lanthanid-dotiertes MoS2 mit erhöhter Sauerstoffreduktionsaktivität und biperiodischen chemischen Trends, Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-39100-5

Zeitschrifteninformationen:Naturkommunikation

Zur Verfügung gestellt von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften