Disrupting Interfacial Hydrogen‐Bond Networks via S‐Bridge Bonding for Anti‐Scaling Hydrogen Production in Seawater

材料科学 离解(化学) 制氢 化学工程 电解水 海水 电催化剂 催化作用 氢氧化物 解吸 电解 分解水 降水 电子转移 离子 碱性水电解 无机化学 离子交换 水的自电离 纳米技术 析氧 磁滞 能量载体 电极
作者
Yanan Xia,Hongsheng Ma,Xinyue Qu,Bin Dong,Zhenyu Xiao,Xiaobin Liu,Jingqi Chi,Lei Wang
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/aenm.71307
摘要

ABSTRACT Electrolyzing seawater for hydrogen production is a promising route toward energy transition, yet its efficiency is limited by sluggish water dissociation, hydrogen desorption kinetics, and cathode‐side precipitation issues. To address these challenges, a highly efficient hydrogen evolution electrocatalyst was developed by constructing a Pt/NiS structure interconnected through S bridge bonds, enabling strong synergistic electron transfer. In situ characterizations and theoretical analyses reveal that the S bridges modulate charge distribution between NiS and Pt and enhance strong metal‐substrate interactions (SMSI), which disrupt rigid hydrogen‐bond networks, accelerate water dissociation on NiS, and facilitate H* transfer to Pt. Furthermore, in neutral seawater, the disrupted hydrogen‐bond network also increases water mobility and lowers bubble surface tension, promoting the formation and release of smaller bubbles and preventing active‐site blockage by Mg/Ca hydroxide precipitates. As a result, the catalyst achieves excellent stability in alkaline and neutral seawater. In an anion exchange membrane water electrolyzer (AEMWE), the Pt/NiS||S‐NiFe LDH system delivers a low cell voltage of 1.71 V at 100 mA cm −2 and a competitive hydrogen production cost of $1.07 GGE −1 , demonstrating its outstanding activity, stability, and efficiency.
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