Frustrated Lewis Pair Mediated f‐p‐d Orbital Coupling: Achieving Selective Seawater Oxidation and Breaking *OH and *OOH Scaling Relationship

电解 阳极 海水 化学 吸附 密度泛函理论 无机化学 制氢 化学工程 电极 计算化学 物理化学 有机化学 电解质 工程类 地质学 海洋学 生物化学
作者
Jiawei Zhu,Tong Cui,Jingqi Chi,Jingqi Chi,Tiantian Wang,Lili Guo,Xiaobin Liu,Xiaobin Liu,Zexing Wu,Jianping Lai,Lei Wang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:64 (2): e202414721-e202414721 被引量:49
标识
DOI:10.1002/anie.202414721
摘要

Abstract The development of oxygen evolution reaction (OER) electrocatalyst for seawater electrolysis plays a crucial role in producing renewable hydrogen energy. However, during the seawater electrolysis process, the anode inevitably undergoes chloride oxidation reaction (ClOR) due to Cl − adsorption, making the seawater electrolysis process difficult to sustain. Inspired by the selective permeability of cell membranes, we propose a biomimetic design of frustrated Lewis pairs (FLPs) layers for selective seawater oxidation. Combining experimental results and molecular dynamics simulations, it has been demonstrated that cerium dioxide layers with FLPs sites can decompose water molecules, capture hydroxyl anions, and repel chloride ions simultaneously. DFT theoretical analysis indicates that the FLP sites regulate the Ce 4 f−O 2p−Ni 3d gradient orbital coupling, providing additional oxygen non‐bonding (O NB ) to stabilize the Ni−O bond and optimize the adsorption strength of intermediates, thereby breaking the *OH and *OOH scaling relationship. The assembled anion exchange membrane electrolyzers exhibit an efficiency of 95.7 % at a current density of 0.1 A cm −2 and can stably operate for 250 hours at a current density of 0.2 A cm −2 .
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