Curvature-engineered interfacial hydrogen-bond networks driving proton-coupled electron transfer boosts hydrogen oxidation in alkaline fuel cells

电子转移 材料科学 吸附 电化学 化学物理 分子动力学 化学工程 氢 纳米笼 膜 从头算 曲率 密度泛函理论 纳米尺度 氢燃料 电子传输链 纳米技术 传质 功率密度 氧化还原 从头算量子化学方法 光谱学 碳纳米管 制氢 催化作用 过氧化氢 图层(电子) 结构稳定性
作者
Lu Li,Hong-Yu Guo,Fan Lv,Gengwei Zhang,Heng Luo,Fangxu Lin,Chenhui Zhou,Menggang Li,Changshuai Shang,Yan Nie,Rui Zhao,Youxing Liu,Mingchuan Luo,Shaojun Guo
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:16 (1): 11461-11461 被引量:12
标识
DOI:10.1038/s41467-025-66360-0
摘要

Precise manipulation of interfacial microenvironments within the electrical double layer remains a fundamental challenge, primarily due to dynamic structural rearrangements and competitive adsorption processes during reactions. Here, we employ nanoscale curvature engineering to construct three RuIr-based electrocatalysts with precisely controlled surface curvatures, establishing a direct correlation between geometric effects and hydrogen oxidation reaction efficiency. Finite-element simulations coupled with electrochemical analysis reveal that concave nanocage (CNC) morphology enhances localized electric field, simultaneously weakening adsorbed hydrogen (Hads) binding and promoting its subsequent cooperative oxidation with more OHads. Operando spectroscopy and ab initio molecular dynamics simulations demonstrate that high-curvature RuIr CNC drives ordered O-down H2O alignment at the electrode-electrolyte interface, strengthening hydrogen-bond networks and accelerating proton-coupled electron transfer kinetics. The optimized RuIr CNCs achieve a mass activity of 7.51 mA μg−1 (three-electrode system) and enable a peak power density of 1.52 W cm−2 (H2/O2 anion-exchange membrane fuel cell), with stability over 150 hours. The sluggish hydrogen oxidation reaction hinders the development of anion exchange membrane fuel cells. Here, the authors develop high-curvature RuIr CNCs that induce an O-down water orientation, thereby strengthening hydrogen-bond networks and reducing proton transfer barriers.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
刚刚
次大哥发布了新的文献求助10
刚刚
英姑的应助被Aurora采纳,获得10
1秒前
air发布了新的文献求助10
2秒前
2秒前
2秒前
2秒前
3秒前
Glasscrystal完成签到,获得积分10
3秒前
3秒前
英姑的应助被SiqiZhang采纳,获得10
3秒前
5秒前
J.完成签到,获得积分10
5秒前
wein发布了新的文献求助10
5秒前
kkk发布了新的文献求助10
6秒前
6秒前
7秒前
kim完成签到,获得积分10
7秒前
tethysss完成签到,获得积分10
7秒前
火星上的蓝血完成签到,获得积分20
8秒前
英俊的铭的应助被大气的寻桃采纳,获得10
8秒前
CodeCraft的应助被corner采纳,获得10
8秒前
匿名发布了新的文献求助10
9秒前
解白易发布了新的文献求助10
9秒前
黄康发布了新的文献求助10
10秒前
顾矜的应助被明亮的追命采纳,获得10
10秒前
NexusExplorer的应助被111采纳,获得10
10秒前
寂欢完成签到 ,获得积分10
11秒前
冬卿留完成签到,获得积分10
11秒前
12秒前
郁郁葱葱完成签到,获得积分10
12秒前
13秒前
wsy完成签到,获得积分10
13秒前
13秒前
13秒前
平淡如天完成签到,获得积分10
13秒前
14秒前
14秒前
14秒前
15秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Les Mantodea De Guyane 2000
内視鏡下経鼻経蝶形骨洞手術術後SIADHに対する予防的水制限の安全性と有効性の検討 1000
Problems and Solutions for Integer and Combinatorial Optimization: Building Skills in Discrete Optimization 600
Organizational Behavior 510
桑白皮エキスの実験的, 臨床的育毛効果について 500
Nonlinear vehicle active suspension system control method based on the extended high gain observer 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 计算机科学 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 物理 复合材料 内科学 催化作用 光电子学 人工智能 细胞生物学 无机化学 物理化学 数学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 8001654
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9454186
关于积分的说明 21148552
捐赠科研通 7574334
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3381312
关于科研通互助平台的介绍 2514046
邀请新用户注册赠送积分活动 2415560