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氧化鈰及氧化鈰基催化劑在電解水、熱解水以及水煤氣變換等多個重要反應中具有優(yōu)異的催化表現(xiàn)，闡明其中水與氧化鈰的相互作用機制以及基元反應步驟等是研究更復雜的催化反應過程的重要基礎。與此同時，水在氧化鈰基材料的其他催化反應中也經(jīng)常扮演著重要的作用，如促進CeO₂-Cu₂O催化CO氧化及甲烷氧化為甲醇等。因此，全面理解水與氧化鈰之間的作用機制對于催化科學研究具有重要意義。最近，上?？萍即髮W周琴博士、趙愛迪教授、楊帆教授和劉志教授等對該領域近十年來的重要進展進行了全面概述。

氧化鈰因其晶格中的氧缺陷結構具有高氧化還原活性。當表面吸附小分子后，晶格中的陽離子Ce⁴⁺/Ce³⁺與氧缺陷極易與吸附分子發(fā)生電荷轉移從而實現(xiàn)對分子的氧化還原催化過程。氧缺陷的生成與遷移深受氧化鈰晶面取向的影響，因此晶面效應對氧化鈰的催化活性具有重要決定作用。當前對水與氧化鈰相互作用的研究中，大多基于模型催化劑氧化鈰薄膜的低指數(shù)晶面，從薄膜厚度、晶面效應、應力效應、摻雜效應、表面穩(wěn)定性、水吸附覆蓋度以及液固界面等方面對水和氧化鈰的作用機制進行了廣泛研究。研究者們觀察到了水在氧化鈰表面的可逆吸附與脫附，水吸附導致的氧化鈰還原以及氧化鈰還原水為氫氣等反應過程，對于后者理論計算提出了體相反應通道“體相羥基”或“Ce-H”中間體等多種氫氣生成機制與路徑。這些實驗和理論研究從不同方面為理解水和氧化鈰的作用機制提供了依據(jù)。本文詳盡綜述了多種表面表征手段如X射線光電子能譜（XPS）、共振光電子能譜（RPES）、程序升溫脫附（TPD）、高分辨透射電鏡（TEM）、掃描隧道顯微鏡（STM）以及原子力顯微鏡（AFM）等，結合密度泛函理論（DFT）計算對氧化鈰低指數(shù)晶面（111）、（100）和（110）與水的作用機制的最新研究進展，總結了氧化鈰不同晶面上氧缺陷的結構特征與遷移規(guī)律，以及當前對水在氧化鈰表面氧化還原反應機理的認識，指出了現(xiàn)階段研究中存在的爭議與亟待解決的科學問題，并對未來的發(fā)展方向和研究前景進行了展望。