Stable Potential Windows for Long‐Term Electrocatalysis by Manganese Oxides Under Acidic Conditions

电解 电催化剂 析氧 电解水 电解质 催化作用 氧化物 金属 化学 化学工程 无机化学 电化学 材料科学 分解水 电极 有机化学 工程类 光催化 物理化学
作者
Ailong Li,Hideshi Ooka,Nadège Bonnet,Toru Hayashi,Yimeng Sun,Qike Jiang,Can Li,Hongxian Han,Ryuhei Nakamura
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:58 (15): 5054-5058 被引量:260
标识
DOI:10.1002/anie.201813361
摘要

Efficient, earth-abundant, and acid-stable catalysts for the oxygen evolution reaction (OER) are missing pieces for the production of hydrogen via water electrolysis. Here, we report how the limitations on the stability of 3d-metal materials can be overcome by the spectroscopic identification of stable potential windows in which the OER can be catalyzed efficiently while simultaneously suppressing deactivation pathways. We demonstrate the benefits of this approach using gamma manganese oxide (γ-MnO2 ), which shows no signs of deactivation even after 8000 h of electrolysis at a pH of 2. This stability is vastly superior to existing acid-stable 3d-metal OER catalysts, but cannot be realized if there is a deviation as small as 50-mV from the stable potential window. A stable voltage efficiency of over 70 % in a polymer-electrolyte membrane (PEM) electrolyzer further verifies the availability of this approach and showcases how materials previously perceived to be unstable may have potential application for water electrolysis in an acidic environment.
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