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Angew. Chem. :动态重构催化剂用于稳定海水电解

利用非贵金属催化剂进行海水直接电解制取氢气,近年来受到广泛的研究关注。目前,这一技术主要受到阳极析氧反应(OER)的限制:首先,OER动力学较慢;其次,海水中杂质阻塞活性位点,对催化剂构成威胁;第三,析氯反应与OER竞争,降低反应效率。因此,提升非贵金属基OER催化剂在海水中的稳定性困难重重。在碱性OER过程中,氢氧根离子(OH)首先吸附在金属上,形成M−OH键(M为金属);而后,M–OH质子化为M−O,再羟基化为M−OOH;随后,M−OOH与第二个OH反应,生成H2O和吸附态O2,最终释放为氧气。实验表明,OER活性与OH在催化剂层中的扩散速率、在活性位点上的吸附速率相关。因此,开发能促进OH快速扩散和吸附的OER催化剂可能是一种有效的策略。



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近日,沙特阿卜杜拉国王科技大学(KAUST)的卢旭教授团队成功开发了一种NixCryO催化剂。该催化剂在碱性OER过程中展现出卓越的动态重构能力,借助铬的溶出来增加孔隙率,从而加强OH与活性位点之间的电子相互作用。实验结果明确显示,这种动态重构机制增加了催化剂的孔隙率和电化学活性表面积,并实现了更深入的电解质渗透,从而能够有效减缓海水杂质的负作用,并显著延长催化剂稳定性。


值得强调的是,该NixCryO催化剂的OER活性在1 M KOH中随时间推移而增强。经过1000小时10 mA cm-2恒电流测试后,过电位实际上有所减小。在来自红海的海水电解液中,NixCryO催化剂能够在10、100和500 mA cm-2的电流密度下稳定运行2000、275和100小时。

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文信息

Dynamically Restructuring NixCryO Electrocatalyst for Stable Oxygen Evolution Reaction in Real Seawater

Abdul Malek, Yanrong Xue, Xu Lu


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202309854




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