Functional Interface Optimization Strategy for Fe3Se4/NiSe2 Anchored on MXene for Ultrastable Seawater Splitting at Industrial‐Level Current Density

材料科学 海水 接口(物质) 密度泛函理论 电流密度 电流(流体) 化学物理 化学工程 计算化学 热力学 复合材料 物理 海洋学 化学 毛细管数 量子力学 毛细管作用 工程类 地质学
作者
Felix Ofori Boakye,Fakhr uz Zaman,Haining Zhang,Azhar Saeed,Fekadu Tsegaye Dajan,Sikandar Iqbal,Karim Harrath
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:35 (32) 被引量:35
标识
DOI:10.1002/adfm.202424718
摘要

Abstract Developing efficient and long‐lasting electrocatalysts with industrial‐level current densities for seawater splitting is essential for seawater electrolysis technology to prevent the unwanted chlorine evolution reaction (CER). In this work, an effective technique of constructing functional interactive catalyst interfaces to design bimetallic selenide anchored on 2D MXene (Fe 3 Se 4 /NiSe 2 @MXene) heterostructure catalyst is fabricated on nickel foam. Density‐functional theory (DFT) studies demonstrate that the Fe 3 Se 4 /NiSe 2 @MXene interface modifies the d‐band center and electronic structure of the Ni and Fe sites. The coupling effect from Fe 3 Se 4 /NiSe 2 @MXene heterointerface catalyst enhances the redistribution of charge density and improves the corrosion‐resistant selenide‐rich passivating layers for high seawater splitting activity. The Fe 3 Se 4 /NiSe 2 @MXene catalyst demonstrates exceptional performance in 6 m alkaline natural seawater media, achieving 300 and 360 mV at 500 and 1000 mA cm −2 industrial current densities, respectively, and remained durable for 250 h at 2000 mA cm −2 ultra‐high current density. Remarkably, the Fe 3 Se 4 /NiSe 2 @MXene electrode as a bifunctional electrode in 6 m alkaline natural seawater for seawater splitting achieves robust stability at 500 mA cm −2 for 140 h. This work inspires the optimal design of heterointerface catalysts for industrial seawater electrolysis applications.
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