Accelerating water dissociation in bipolar membranes and for electrocatalysis

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作者
Sebastian Z. Oener,M. J. Foster,Shannon W. Boettcher
出处
期刊:Science [American Association for the Advancement of Science (AAAS)]
卷期号:369 (6507): 1099-1103 被引量:261
标识
DOI:10.1126/science.aaz1487
摘要

Catalyzing water dissociation (WD) into protons and hydroxide ions is important both for fabricating bipolar membranes (BPMs) that can couple different pH environments into a single electrochemical device and for accelerating electrocatalytic reactions that consume protons in neutral to alkaline media. We designed a BPM electrolyzer to quantitatively measure WD kinetics and show that, for metal nanoparticles, WD activity correlates with alkaline hydrogen evolution reaction activity. By combining metal-oxide WD catalysts that are efficient near the acidic proton-exchange layer with those efficient near the alkaline hydroxide-exchange layer, we demonstrate a BPM driving WD with overpotentials of <10 mV at 20 mA·cm-2 and pure water BPM electrolyzers that operate with an alkaline anode and acidic cathode at 500 mA·cm-2 with a total electrolysis voltage of ~2.2 V.
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