Interfacial Acid‐Like Microenvironment and Orbital Modulating Strategy toward Efficient Hydrogen Evolution in Neutral High‐Salinity Wastewater/Seawater

盐度 海水 废水 氢 化学 环境科学 海洋学 环境工程 环境化学 化学工程 生态学 生物 地质学 工程类 有机化学
作者
Lina Xu,Wei Li,Kuanchang He,Dongmei Ma,Jinxing Ma,Kui Yang,Abid Ahmad,Cheng Faliang,Sihao Lv,Defeng Xing
出处
期刊:Small structures [Wiley]
标识
DOI:10.1002/sstr.202400398
摘要

Electrochemical high‐salinity wastewater splitting is a promising technology for green hydrogen (H 2 ) production. However, the kinetics of hydrogen evolution reaction (HER) in neutral media is slow, and the high theoretical potential of oxygen evolution reaction leads to large energy losses. Herein, an iron‐based electrocoagulation‐coupled hydrogen production integrated system (IEHPS) is constructed, which is realized by coupling low‐potential anodic iron oxidation reaction with cathodic HER. The non‐noble metal H x WO 3 ‐Ni catalyst is synthesized by fabricating a proton sponge H x WO 3 to achieve an interfacial acid‐like microenvironment and doping it with Ni heteroatom to modulate the 4d orbital of W, thereby weakening the adsorption strength of the W site toward hydrogen. Consequently, the H x WO 3 Ni demonstrates remarkable performance characteristics, boasting a mere 131 mV overpotential at 10 mA cm −2 and Tafel slope of 44 mV dec − in neutral media. Operating at an applied voltage of 1.5 V, the IEHPS exhibits a high hydrogen production rate of 235 mL g −1 min −1 in seawater. It achieves nearly complete removal of contaminants like rhodamine B and heavy metal ions within a rapid 8–20 min, with an energy consumption of only 3.7 kWh Nm −3 . This study provides a promising pathway for efficient and energy‐saving production of high‐purity hydrogen and effective treatment of high‐salinity wastewater.
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