Strong‐Proton‐Adsorption Co‐Based Electrocatalysts Achieve Active and Stable Neutral Seawater Splitting

过电位 析氧 海水 分解水 催化作用 电解 无机化学 吸附 材料科学 电解水 化学工程 化学 物理化学 电极 电解质 电化学 光催化 工程类 地质学 海洋学 生物化学
作者
Ning Wang,Pengfei Ou,Sung‐Fu Hung,Jianan Erick Huang,Adnan Ozden,Jehad Abed,Ivan Grigioni,Clark Chen,Rui Kai Miao,Yu Yan,Jinqiang Zhang,Ziyun Wang,Roham Dorakhan,Ahmed Badreldin,Ahmed Abdel‐Wahab,David Sinton,Yongchang Liu,Hongyan Liang,Edward H. Sargent
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:35 (16) 被引量:105
标识
DOI:10.1002/adma.202210057
摘要

Direct electrolysis of pH-neutral seawater to generate hydrogen is an attractive approach for storing renewable energy. However, due to the anodic competition between the chlorine evolution and the oxygen evolution reaction (OER), direct seawater splitting suffers from a low current density and limited operating stability. Exploration of catalysts enabling an OER overpotential below the hypochlorite formation overpotential (≈490 mV) is critical to suppress the chloride evolution and facilitate seawater splitting. Here, a proton-adsorption-promoting strategy to increase the OER rate is reported, resulting in a promoted and more stable neutral seawater splitting. The best catalysts herein are strong-proton-adsorption (SPA) materials such as palladium-doped cobalt oxide (Co3-x Pdx O4 ) catalysts. These achieve an OER overpotential of 370 mV at 10 mA cm-2 in pH-neutral simulated seawater, outperforming Co3 O4 by a margin of 70 mV. Co3-x Pdx O4 catalysts provide stable catalytic performance for 450 h at 200 mA cm-2 and 20 h at 1 A cm-2 in neutral seawater. Experimental studies and theoretical calculations suggest that the incorporation of SPA cations accelerates the rate-determining water dissociation step in neutral OER pathway, and control studies rule out the provision of additional OER sites as a main factor herein.
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