Lattice Water Deprotonation Enables Potassium‐Ion Chemistries

脱质子化 电化学 阴极 化学 分解水 离子 电解水 化学物理 晶体结构 无机化学 电解 催化作用 结晶学 电解质 物理化学 电极 光催化 有机化学 生物化学
作者
Huan Xu,Nanzhong Wu,Bifa Ji,Jinghua Cai,Wenjiao Yao,Zihang Wang,Y X Zhang,Xinyuan Zhang,Shu Guo,Xiaolong Zhou,Pinit Kidkhunthod,Yongping Zheng,Yongbing Tang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
标识
DOI:10.1002/anie.202503904
摘要

Electrochemical water splitting is a key process in clean energy applications and usually occurs on the surface of catalytic materials. Here we report the anomalous partial water splitting, namely water deprotonation behavior within the lattice of hydrated materials modeled by Fe1‐xMgx(C2O4) • 2H2O (x ≈ 0.25‐0.43), which triggers the otherwise inactive framework into an excellent cathode material for potassium ion storage. Density functional theory suggests that redox‐active lattice Fe sites can split crystal water into hydroxyls and hydrogens in the initial charge, rendering thereafter reversible K‐ion chemistries, whereas lattice Mg sites are inactive but stabilize the entire framework. Our experiments validated the as‐predicted electrochemical behavior, and the isotopic tracing unambiguously confirmed the hydrogen evolution from crystal water. This intriguing “water deprotonation in lattice” phenomenon may open a new path for the design of cathode materials by electrolysis‐assisted electrochemistry.
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