Molybdate‐Engineered Interfacial Water Networks Enable Anti‐Precipitation Seawater Electrolysis for Stable Hydrogen Production

材料科学 海水 化学工程 电解 阴极 催化作用 钼酸盐 制氢 阴极保护 钝化 电解水 无机化学 分解水 析氧 电极 降水 工作(物理) 阳极 纳米技术
作者
Qin Li,Wenshu Luo,Fantao Kong,Chenyang Wei,Yihan Chen,Zhiyi Lu,Changchun Ke,Xiangzhi Cui,Jianlin Shi
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:16 (26) 被引量:2
标识
DOI:10.1002/aenm.70940
摘要

ABSTRACT Direct seawater electrolysis is a promising route for sustainable hydrogen production. However, its practical application is critically hindered by the rapid cathode passivation caused by the precipitation of insoluble Mg(OH) 2 , a fundamental issue that has remained unresolved. In this work, we propose a molybdate (MoO 4 2− )‐mediated interface engineering strategy by constructing a rich hydrogen‐bond water (HBW) electric double layer (EDL) to suppress cathodic precipitation. This interfacial modification effectively excludes solvated water (e.g., Mg[H 2 O] 6 2+ ) from participating in the HER, thereby preventing the local combination of Mg 2+ and OH − into insoluble precipitates. Implemented in a commercial membrane electrode assembly (MEA), this strategy enables stable operation for over 1,500 h at 100 mA/cm 2 and 1,400 h at 300 mA/cm 2 in unpretreated natural seawater. Mechanistic studies reveal that molybdate anions strengthen the hydrogen‐bonding network at the cathode interface, dynamically impeding Mg[H 2 O] 6 2+ permeation and increasing its diffusion barrier. Based on this principle, we further designed a cost‐effective NiMoP catalyst with immobilized MoO x substances. This catalyst exhibits exceptional HER activity and over 600 h stability in seawater at 300 mA/cm 2 . This work introduces a practical and highly effective anti‐precipitation strategy, unlocking the great potential of direct seawater electrolysis for sustainable hydrogen production.
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