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锂离子电池中有机电极的节能

具有共轭电子结构的有机化合物由于其高容量和环保性,正逐渐成为有前途的锂离子电池阴极。为了使这些阴极切实可行,有机电极通常与金属离子结合以提高其能量密度。金属离子的加入,然而,通常会危害电极的结构完整性,缩短电池寿命。

最近,三组中国研究人员证明,提高电解质浓度可以有效延长金属有机阴极的寿命。研究人员研究了四氟化亚铜(Cutcnq)。铜2 +-含有机锂离子电池负极,并观察到其显著改善了7 m LiClO的循环稳定性。与1 M电解质相比的电解质。这部作品最近发表于化学通讯.

在1 M LiClO的典型稀释电解质中切割稳定性不理想。其第一次循环充电容量达到~180 mAh/g,但在第一次放电过程后,它明显下降到23 mAh/g(图1a)。同时,电解液从透明变为黄色(图1b)。由于TCNQ的溶解。这些观察清楚地显示了稀释电解质中CuTCNQ的快速分解。

图1.(a)含有碳酸乙烯酯(EC)的液体电解质中CuTCNQ的第一个循环充放电曲线,碳酸丙烯酯(PC)和1 M LiClO4(1 M LiClO4 EC/PC)。(b)显示第一次充放电循环前后电解质颜色的照片。

Cutcnq在浓度大于1 m的电解质中更稳定。当LiClO浓度增加到3米,5米和7米,连续50次充放电循环后,Cutcnq的比容量为~25 mAh/g,~(70)毫安/克,和110毫安/克,分别(图2a)。所有这些容量在1 M LiClO中均高于Cutcnq。在相同的循环数(<10 mAh/g)之后。此外,电解质几乎没有变色,表明少量TCNQ溶解(图2b)。

Cutcnq稳定性的提高与Li的形成有关。+-CLO-浓电解质中的离子对(图2c)。随着LiClO的增加浓度,锂+ClO-倾向于形成与溶剂分子协调的离子对。溶剂配位减少了可溶解TCNQ的游离溶剂分子的数量,从而最大限度地减少TCNQ的溶解。

图2.(a)不同浓度LiClO4电解质对CuTCNQ循环稳定性的影响。(b)显示不同LiClO4浓度下50次充放电循环前后电解质颜色的照片。(c)在超浓缩电解质(例如7米)。

这项工作提供了一种简便的方法来减轻Cutcnq的容量衰减。该策略可以扩展到稳定锂离子电池中的其他金属有机阴极。

要了解更多信息,请阅读:

锂有机电池用高浓度电解质实现的可持续循环

应皇春芳王张刘庆菊、黄云辉

化学。共同体。,2019,55,608~611

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刘天宇获得博士学位。(2017)加州大学新利手机客户端化学专业,美国的圣克鲁斯。他热衷于科学传播,向公众和具有不同研究专长的科学家介绍尖端研究。他是一个博客作家化学。共同体。化学。科学研究.有关他的更多信息,请访问网址:liutianyuresearch.weebly.com/.

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用碳涂层缩小析氢催化剂的尺寸

氢气是一种零排放的能源,有望取代日益减少的化石燃料。电解水是获得氢气的一种可持续方法,但这种非自发的过程需要电力来进行。因此,利用析氢反应(HER)催化剂降低电解能耗或降低电解过电位。

由于超微粒具有很高的催化活性,研究人员正致力于将其作为催化剂。例如,据报道,Ru纳米粒子的催化活性比散装Ru催化剂高100-200%。不幸的是,制备分散性好的纳米颗粒具有挑战性,因为纳米颗粒容易聚集在一起。

最近在化学通讯,傅强楚秦勇和常州大学的同事们,中国应对了这一挑战。他们使用一种Ru基配位络合物和三聚氰酸作为反应物,合成了~2纳米Ru纳米粒子均匀分散在石墨烯片上的高性能HER催化剂。在合成的热退火过程中,配合物的配体和三聚氰酸都分解为氮掺杂的碳壳,覆盖形成的Ru纳米粒子。这些外壳起到了防止颗粒聚集的垫片的作用(图1)。

图1.石墨烯片上碳包覆的Ru超细纳米颗粒的合成实例。三(2,2′-联吡啶)二氯化钌是Ru纳米粒子的前体。

在酸性和碱性电解质中,2纳米Ru粒子(RUNC-2)显示的过电位较低,电流密度高于不含碳涂层的5纳米Ru粒子(图2)(RUNC-5)。值得注意的是,2纳米颗粒在酸性电解质中的性能与基准铂催化剂相当(图2a中的红色和黑色曲线)。

图2.~3纳米铂纳米粒子(ptnc)的线性扫描伏安图,2纳米Ru纳米粒子(runc-2)和5纳米Ru纳米粒子(runc-5),单位:0.5 m h所以和(b)1 M KOH水溶液。

的概念原位新一代的保护涂层可以激发其他超小纳米颗粒的合成,从而将她的催化性能推向新的高度。

要了解更多信息,请阅读:

一种在酸性和碱性介质中均具有极高活性的超细钌纳米晶体。

于通丽傅强楚刘洋雍孔雍欣涛李永新、秦永新

化学。共同体。,2018,doi:10.1039/c8cc08276f

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硫配位半导电金属有机骨架的诞生

金属有机骨架(MOF)是由金属离子或与有机配体配位的簇组成的结晶纳米材料。由于其构建模块的多功能性,MOF具有多种功能,可作为气体分离器。传感器,催化剂,电极材料.现在,吴先生和苏州大学的同事们进一步丰富了财政部的结构多样性。中国。明确地,研究人员用四配位硫单元合成了一种半导体MOF。这一突破最近发表在化学通讯.

合成的半导体MOF(MCOF-89)的唯一性是其方形平面四配位金属硫结构。首次在财政部观察到。据信,将硫原子放在MOF的金属节点旁边非常困难,由于金属硫键与传统的金属羧酸键在键能上存在较大差异。因此,加入硫原子可能破坏MOF的结构稳定性。

作者通过设计一个如图1所示的TETRA协调环境来解决这个挑战。四锰硫键有效地增强了不稳定S配位。通过与锰(CH)的溶剂热反应合成了MCOF-89。首席运营官)硫脲是锰和硫的来源,分别。

图1.MCOF-89的结构。左边的插图是一个三维格子结构(红色,绿色和黄色的球代表氧气,锰和硫)右边的结构显示了mn-s正方形平面四配位构型(m=锰)。

合成的s-incorporated MOF是一种带隙为2.82 eV的半导体。此外,该MOF具有光活性,能够产生约1.9μA/cm的光电流。在光照射下。

这项工作举例说明了分子设计如何导致发现具有特殊结构的新型MOF。它还可以激发其他合成方案,以各种金属硫系化合物含有具有意想不到的性能的MOF。

要了解更多信息,请阅读:

具有方形平面四配位硫的半导电金属硫系有机骨架

华俊阳Min Luo周武,王玮薛朝庄、吴涛

化学。共同体。,2018,54,11272-11275

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阴离子如何对抗室内有机污染物?

室内空气质量对公众健康至关重要。长期暴露于室内有机污染物(IOCS)中,包括醛和苯同系物,大大增加患呼吸道疾病的风险。近年来,负空气离子(NAIS)是一种很有前途的降解IOC的材料。奈米是负电荷离子产生的。通过电离空气然而,对分解反应机理的了解有限,阻碍了NAI清洗的安全性评价和广泛应用。

清华大学的林金明领导的一组中国研究人员最近在化学通讯揭示反应机制的有力工具。他们建立了一个与NAI发电机集成的系统,IOC喷雾器和质谱仪(图1)。主要含有一氧化碳的奈伊-是由空气电离产生的。然后,这些阴离子混合并与喷雾器反应,将IOC送至质谱仪入口前。反应过程中产生的所有物质都通过惰性氮直接进入质谱仪。用于表征。

图1.集成系统的实验设置。

该装置通过对反应中间体的鉴定,揭示了反应动力学的实时性。一个共同的国际奥委会的质谱,甲醛,与一氧化碳反应时-如图2a所示。将质量电荷比(m/z)为45.10和60.10的两个显著峰分配给HCOO。-CO-,分别。此外,仅当存在甲醛时才检测到45.10峰(图2b)。根据这些观察结果,作者认为CO降解甲醛的主要途径-是一氧化碳之间的反应-醛基的α-H原子。使用相同的仪器,作者还提出了一氧化碳与一氧化碳之间的反应-苯同系物或酯可能继续。

图2.(a)CO间反应中间体的质谱-和10 ppm甲醛。(b)m/z=60.10和45.10峰的峰值强度随运行时间的变化。甲醛在7.0-14.0分钟内出现。

本研究的结果可大大加深对奈米化学的认识。新利手机客户端它还可以用于研究其他涉及带电反应物的广泛化学反应的动力学。

要了解更多信息,请阅读:

室内有机污染物负空气离子分解的质谱实时表征

凌琳于莉Mashooq Khan孙嘉树、李金明

化学。共同体。,2018,doi:10.1039/c8cc05795h

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排气:使用Zif-8金属有机框架回收氙气

氙(XE)是一种稀有气体,广泛应用于照明工业和医学成像。由于空气中的微量元素和能源消耗,劳动密集型制造工艺,XE的市场价格大约是氮气(N)的100倍)因此,回收XE实际上是必要的,具有经济吸引力。

最近在化学通讯,来自科罗拉多矿业学校(美国)和太平洋西北国家实验室(美国)的科学家证明了一种从XE/空气混合物中回收XE的有效方法。这种方法需要的关键材料是由微孔金属有机骨架(MOF)-Zif-8(分子筛咪唑骨架-8)制成的薄膜。

Zif-8独特的多孔结构使其能够分离Xe和N。和O.Zif-8的孔径在0.4-0.42nm之间,以及XE的尺寸,n和O分子为0.41纳米,~0.36纳米和~0.35纳米,分别。当XE/空气混合物被推向Zif-8薄膜时,小N和O当相对较大的XE分子被阻塞时,分子能够渗透到薄膜中。这导致Xe和N的分离。o.在这种情况下,Zif-8薄膜用作气体筛(图1)。

图1.Zif-8 MOF膜起分子筛的作用,将Xe与N2和O2分离。Zif-8的孔大到可以通过N2和O2分子,但是对于XE来说太小了,不能进入。

对上述机理进行了实验验证。研究人员观察到,空气通过一个约10微米的Zif-8薄膜的流速几乎是XE的10倍。此外,发现降低膜厚和降低温度可以提高分离效率。

这项工作清楚地证明了Zif-8在气体分离方面的良好性能。它还强调了财政部的多功能性。

要了解更多信息,请阅读:

在Zif-8膜上从空气中回收氙

吴婷Jolie Lucero米迦勒A辛维尔普拉文K丘脑和莫尔斯A。卡里翁

化学。共同体。,2018,54,89768979

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最好是双份的

合成由两个粒子对组成的纳米材料,或二聚体,不再是头痛。陈宏宇和南京理工大学的同事们,中国最近制定了一项协议,可以生产出产量创纪录的金二聚体。这一突破发表在化学。共同体.

二聚体是研究粒子-粒子相互作用对组成材料电学和光学性能影响的合适平台。不幸的是,目前还没有一种传统的合成方法能从单个粒子中完全合成二聚体。这是由于不可控制的粒子聚集率导致了多粒子团簇的形成。因此,如何将单个粒子耦合成二聚体而不触发它们的进一步聚集,已成为一个难以攻克的难题。

陈和同事通过开发一种聚合物辅助方法找到了一种解决方案,这种方法可以产生高产率的金二聚体。首先,他们用聚苯乙烯制成的聚合物壳封装单个金纳米粒子。--聚(丙烯酸)。在优化条件下,金纳米粒子主要耦合成二聚体(图1)。二聚体收率达到65%。这是一步合成法获得的最高二聚体产率。

图1.(a)聚合物包裹金单粒子的透射电子显微镜(TEM)图像。(b)合成金二聚体的TEM图像和(c)扫描电子显微镜图像。所有比例尺均为200纳米。

成功的关键在于三个因素:温度,溶剂组成和酸浓度。所有这些因素都会改变聚合物壳间排斥力的强度。必须将力精确调整到足以引起1对1耦合的弱水平,但其强度足以防止1对多或多对多聚合。通过一系列的控制实验,作者确定了最佳条件为60。O型C二甲基甲酰胺/水(v/v)=6:1和5 mm盐酸。

本文所证明的方法可以扩展到其他粒子。它还可能激发对具有高选择性的复杂纳米结构的多功能合成策略。

要了解更多信息,请阅读:

可控齐聚:金纳米粒子聚合过程中的步进生长动力学

程学军,桂朝Yan Lu苗艳王洪、陈洪宇

化学。科学研究。,2018,doi:10.1039/c8cc0344a

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铂3Ni包覆钯纳米分支催化乙醇氧化性能优于铂

中国的研究人员最近开发了一种新型的钯基催化剂,其性能优于铂。乙醇电化学氧化基准催化剂。这种催化剂,用一锅化学还原法合成,由表面涂有薄铂的支化钯纳米晶体组成。镍壳。

乙醇氧化反应(EOR)是一种典型的驱动燃料电池能量输出的阳极反应。由于其固有的缓慢动力学,反应需要合适的EOR催化剂来促进氧化。铂基材料具有很强的促进EOR的活性。但是,铂的缺乏导致了高昂的成本,需要有效的方法来回收这些材料。此外,铂的催化活性不稳定,显著降低了含铂的EOR催化剂的寿命。显然,开发出性能与铂相当的便宜的EOR催化剂,对燃料电池的经济性和耐久性具有重要意义。

由谢水芬领导的中国厦门大学华侨大学深圳研究院课题组,介绍了一种新型EOR催化剂的一锅法化学还原方法。这种催化剂是由铂制成的如图1所示的镀镍钯纳米晶体。与基准铂相比,这种催化剂有三个主要优点:核心材料Pd更实惠。其次,超薄铂合金涂层,铂镍,含有相对较少的铂,据报道具有较高的EOR催化活性。第三,铂和钯之间的点阵失配使得这两种金属无缝结合,有利于保持结构完整性和确保良好的耐久性。

图1.(a)显示一锅化学还原法关键步骤的示意图。催化剂是通过连续还原钯而形成的。2 +,铂2 +2 +到pd纳米分支,铂纳米粒子和铂镍镀层,分别。(b)支化纳米晶体的典型形态的透射电镜图像。(c)元素映射描述了铂和镍元素主要存在于壳体内,而钯则存在于芯部。

电化学表征表明,铂的催化性能镍涂层钯纳米晶的性能优于两种商用催化剂:铂/碳(铂颗粒负载在活性炭上)和钯黑(粉末元素钯)。图2a比较了三个样品的线性扫描电压图。合成的催化剂在电位超过0.4V时氧化电流明显增强。VSRHE。图2b中的柱状图清楚地显示了合成纳米晶体的质量活性和比活性最高。作者将优越的性能归因于高表面积(42.50 mG-1个)超薄铂镍涂层,其111晶面暴露,以及核壳结构。

图2.(a)合成催化剂(pd@pt)的线性扫描伏安图Ni/C)PT/C和PD黑色。(b)大规模活动的比较(氧化电流归一化为催化剂的质量)和比活性(氧化电流归一化为催化剂面积)pd@pt镍/碳,PT/C和PD黑色。

这项工作表明钯基纳米催化剂作为铂替代物催化EOR的可行性。预计还将鼓励为燃料电池相关的其他反应开发各种廉价和高性能催化剂,包括但不限于乙醇以外的燃料氧化和氧还原反应。

要了解更多信息,请阅读:

一锅法合成Pd@pt超薄铂镍核壳纳米分支镍111皮高效乙醇电氧化

袁元王王玮薛飞勇成,刘凯,乔宝张刘茂昌、谢水芬

化学。共同体。,2018,doi:10.1039/c8cc02816h

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实验揭示了含氮聚合物的CO2捕集机理

华盛顿大学圣路易斯分校的一组科学家。路易斯,美国已经通过实验揭示了被含有季铵盐阳离子的聚合物捕获。使用固态核磁共振(NMR)作者认为分子被吸收为重碳酸盐阴离子(HCO-

一氧化碳的增加已经提出了一些有关环境问题,如气候变化,海平面上升和海洋酸化。捕获CO从大气中是降低一氧化碳的有效方法浓度。最近,一类含季铵盐官能团的聚合物吸附剂,称为湿度摆动聚合物,已被确定为有希望吸收一氧化碳的吸收剂。直接从空中。然而,对其化学机制的有限理解-捕获能力阻碍了这些有前途的吸收剂的发展。

化学通讯,杨等。使用过的固态十三核磁共振研究分子被捕获并释放。图1a展示了调湿聚合物吸收剂本身(顶部)的核磁共振波谱,与CO接触后(中)释放CO后(底部)。最显著的特征是在中频化学位移为161 ppm时出现了一个额外的尖峰。在其他两个光谱中没有出现。作者进一步研究了附加峰的形态演变。关于温度,得出的结论是,这一峰值是由HCO引起的。-阴离子。此外,作者还确定了吸附剂中CO后氢氧化物阴离子的存在。被释放了。

图1.(a)固态十三c调湿聚合物吸收剂(结构如中谱插图所示)本身(顶部)的核磁共振谱,与CO接触后(中)释放CO后(底部)。(b)建议的途径分子与吸收剂中的季铵盐阴离子相互作用。

研究人员随后提出基于实验结果的吸附-解吸机理(如图1b所示)。一氧化碳的储存和释放取决于周围的湿度水平:当湿度较低时,聚合物吸收CO形成HCO-阴离子;HCO的负电荷-与相邻的第四纪阳离子相反。当湿度增加时,HCO-阴离子与水结合分解成一氧化碳和氢氧化物阴离子。这条建议的途径不涉及一氧化碳。二-阴离子,这与先前报道的理论模拟得出的机制不同。

公布的结果代表了第一组实验证据,阐明了分子与湿度变化的聚合物吸收剂相互作用。所获得的机械洞察力可为一氧化碳的设计提供有价值的指导。具有超高吸收能力的吸收剂。

要了解更多信息,请阅读:

一氧化碳湿度摆动机构从环境空气中捕获
郝洋曼米兰·辛格和雅各布·谢弗
化学。共同体。,2018,doi:10.1039/c8cc2109k

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原位电子顺磁共振谱揭示了活性炭的电荷储存行为。

最近在化学。共同体.,王等。来自曼彻斯特大学和利物浦约翰摩尔大学,英国证明了原位电子顺磁共振(EPR)光谱是研究活性炭储能机理的有力工具。

活性炭是一种微孔炭,用于超级电容器(类似于电池的一系列充电存储装置)的电极。常规电化学测试技术(例如循环伏安法)能够评估电极材料的整体性能,但不能揭示原子级的电荷储存机制。了解电荷储存机制对于指导电极材料的设计和合成具有改进性能至关重要。在过去的十年里,众多的发展原位探测技术使材料研究人员能够探索超级电容器电极的微观电荷放电行为。

在发表的论文中,原位采用电子顺磁共振(EPR)光谱研究了不同外加电位下活性炭的电化学性能。EPR对由充电或放电电极材料产生的未配对电子产生的电子自旋非常敏感。这种特性使EPR成为原位研究。为了进行实验,作者设计并构建了一个毛细管三电极测试池(图1a)。该电池放置在EPR光谱仪上,其活性炭电极连接到外部电源(向活性炭电极施加外部电位)。作者收集了活性炭电极在特定应用电位下的光谱。其示例如图1b所示。

对所得光谱的分析为活性炭表面在不同电位下的变化提供了重要的信息。明确地,作者将信号反卷积为两部分:窄信号和宽信号,对应于图1b中的蓝色和红色曲线。分别。当电极充电时,窄信号的峰值强度急剧增加,但在改变测试温度时几乎保持不变。这一观察表明,窄峰的起源是表面局域电子。这些局域电子可能来自氧化产物。(活性炭表面羧基和烷氧基的自由基,在充电过程中发展。宽信号源于芳香族单元上的电子。(例如石墨烯结构域)及其强度与电吸附在活性炭表面的离子数成正比。

图1.(a)自建毛细管三电极电池的结构:Ce-反电极(铂丝);Re——参比电极(Ag/AgCl);WE——工作电极(活性炭)。(b)一个典型的EPR信号(黑色),可反卷积为窄峰(蓝色)和宽峰(红色)。

这项工作强调了EPR光谱学作为一种新的工具原位碳基超级电容器电极储能机理研究,并有可能扩展到研究其他类型的材料。多样性的可用性原位这些技术有望提供更深入的基础性认识,指导研究人员合理开发性能最佳的电极。

要了解更多信息,请阅读:

原位电化学电子顺磁共振谱作为探测双层电容的工具

王斌,阿利斯泰J菲尔丁和罗伯特A。W德雷菲

化学。共同体。二千零一十八,DOI:10.1039/C8CC00450A

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巴基球在室温下的氢溢出效应首次实验观察

一群来自东北大学的科学家,日本实验证明了七叶树的氢溢出效应。(A.K.A.富勒烯或碳六十)他们利用质谱技术取得了这一突破,他们的发现最近发表在化学。共同体.

某些过渡金属纳米粒子(例如钌,铂和镍)可以捕获氢分子。捕获过程通常包括三个连续步骤。首先,氢分子在金属表面分裂成氢原子。其次,生成的氢原子在金属纳米粒子下向基底迁移,并且,最后,这些原子固定在基底上。第二步被称为“溢出效应”(图1a)。以前的研究预测,弯曲的石墨烯片可以增强环境温度下的氢溢出效应,但坚实的实验证据仍然不足。

为了收集这个预测的证据,西原等。研究了材料Buckyball,一种球形碳纳米球,代表一种极为弯曲的石墨烯片。研究人员选择了克钦布莱克(Kb)。一种多孔碳板,作为基底,并将铂纳米颗粒(直径1-3纳米)和七叶树分子沉积在其上(图1b)。他们发现pt和buckyball修饰的kb比pt加载的kb储存更多的氢。这一观察间接证实了先前的预测,由于储氢能力可以通过提高溢出效应来提高。

图1。(a)显示氢分子如何在铂表面[过程(1)]上分裂,随后是溢出效应[过程(2)和(2’)]的示意图。(b)PT和Buckyball装饰的KB结构示意图。插图显示了与复合材料结合的两种形式的氢:物理吸附的双氢分子,而溢出的氢原子则锚定在kb基片和Buckyball上。

然后作者寻求飞行时间质谱来获得更多的证据。这种光谱技术能够识别不同质量电荷比(m/z)的分子。如图2所示,用氘分子(d)与Buckyball参考(黑色)和Buckyball和Pt加载的kb相比,光谱(红色)显示了两个额外的峰,m/z分别为~723.5和~724.5(图中箭头所示)。用量(蓝色)。作者将这两个新的峰归因于具有不同碳同位素的单D原子吸附球。(十二C和十三C)。这两个新的峰的存在清楚地表明,七叶球可以承载氢原子以增强溢出效应。此外,把含D物质的沙球暴露在空气中,两座新合并的山峰都消失了,说明D原子的吸附是可逆的。

图2。七叶树(黑色)的飞行时间质谱光谱,pt和buckyball在(蓝色)和(红色)暴露于d2之前和之后装饰了kb,暴露在空气中后(绿色)。右图显示了一个七叶球分子和两个氘结合的七叶球分子的分子结构(具有不同数量的13C同位素)。氘用于避免13C同位素的干扰。

本文的工作可为今后研究Buckyball与其他金属纳米粒子相互作用的溢出效应提供参考。深入的基础洞察的不断增加可以加深我们对环境温度储氢的理解。

要了解更多信息,请阅读:

环境温度下氢溢出到富勒烯

西原弘,Tomoya Simura和Takashi Kyotani

化学。共同体。二千零一十八,doi:10.1039/c8cc0265g

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