摘要：燃料电池的发展有助于促进“双碳”目标的早日实现,但其阴极氧还原反应(ORR)的多步质电耦合传输机制导致其动力学过程缓慢.目前,金属有机框架材料衍生的单原子催化剂(SACs)因具有较高的ORR催化活性而被认为是一种优势燃料电池阴极材料.然而,由于SACs活性位点的外层结构难以精确表征,因此相关催化反应机制尚不明确.鉴于此,本研究着眼第三配位层γN原子对其邻近βC原子位点和活性金属中心的双重影响开展了深入研究.结果表明,不同位置和数量的γN掺杂会改变Fe–N_(4)/C–γN_(x)结构中被取代C位点的电子结构,从而影响邻近金属中心的βC原子电荷分布.同时,这些变化还将通过长程效应间接影响金属中心的电子分布及自旋,从而增强4e−反应路径的ORR性能.更重要的是,电负性增强的βC原子更容易吸附OH基团,因此使得γN掺杂的Fe–N_(4)/C–γN_(x)具备更加优异的碱性环境ORR理论性能.基于以上结果,我们还发现γN调制的βC辅助ORR路径具有比常规4e−反应路径更低的过电势.本研究针对决速步的波函数分析促进了从电子层次对该反应作用机制的理解,揭示了该类单原子催化剂中γN位点精确设计和表征的重要意义.

摘要：设计和制备高效的非铂族催化剂对锌-空气电池的大规模应用至关重要.本文采用简单的后合成静电吸附策略制备了Fe-N-C单原子催化剂(Fe-SA/N-C).其中,Fe原子与相邻的氮原子形成Fe-N4活性位点并锚定在三维多孔碳上.该催化剂在0.1 mol L^(-1)KOH (E_(1/2)=0.92 V)和0.5 mol L^(-1)H_(2)SO_(4)(E_(1/2)=0.77 V)中均表现出优异的氧化还原活性,性能优于商业Pt/C催化剂(0.1 mol L^(-1)KOH,E_(1/2)=0.85 V;0.5 mol L^(-1)H_(2)SO_(4),E_(1/2)=0.79 V).此外,以Fe-SA/N-C作为阴极催化剂自组装的液体锌-空气电池具有优异的放电比容量和峰值功率密度,优于商业Pt/C催化剂.密度泛函理论计算结果表明,石墨化氮掺杂的Fe-N4位点能有效提高ORR中间产物的活化程度,降低速率决定步骤的能垒.本工作对非铂族催化剂的实验制备和理论研究提出了新的见解,为锌-空气电池中使用的非铂族催化剂的合理设计提供了一般策略.

摘要：化工原理是化工相关专业课程体系的重要一环。针对目前形势,积极做好线上教学,优化搭建在线教学平台具有十分重要的现实意义。分析了现存教学平台的优势与不足,提出了相应的优化功能设计,包括增加人形检测模块、随堂问答及小测模块、虚拟黑板模块、小组讨论模块、翻转课堂教学模块、课程网络模块、在线仿真实验平台和企业在线直播模块,以期提高线上教学质量及效率。