Durable Core‐Shell Nanoporous Catalysts Enabling pH‐Universal and Ampere‐Level Water Splitting

纳米孔 材料科学 析氧 催化作用 分解水 电催化剂 双功能 电解质 化学工程 电化学 海水 过电位 贵金属 过渡金属 耐久性 无机化学 电解水 制氢 纳米技术 法拉第效率 铂金
作者
Qiuyu Zhao,Dongdong Xiao,Yi-Xiang Wang,Laiquan Shen,Zhen Lu,Jiang Liu,Ping Zhang,Takeshi Fujita,Yongzheng Zhang,Stefaan De Wolf,Mingwei Chen
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:16 (33)
标识
DOI:10.1002/aenm.71320
摘要

ABSTRACT Balancing high catalytic activity with long‐term electrochemical durability remains a significant challenge for practical green hydrogen production, especially under the harsh operating conditions of water electrolysis. Here, we report a robust three‐dimensional core‐shell nanoporous electrocatalyst with a noble metal (NM) skin, synthesized via a two‐step dealloying strategy that exploits the atomic enthalpy difference between noble and transition metals. The resulting core‐shell nanoporous catalyst (NP‐IrNi@Ir) exhibits ultra‐low overpotentials of 102.4, 154.6, and 209.5 mV for the hydrogen evolution reaction (HER) in acidic, alkaline, and alkaline seawater electrolytes, respectively, at an industry‐level current density of 1 A cm −2 . Serving as a bifunctional catalyst for both HER and oxygen evolution reaction (OER), NP‐IrNi@Ir presents overall water splitting voltages of 1.45, 1.50, and 1.46 V in acidic, neutral, and alkaline electrolytes at 10 mA cm −2 . When coupled with a monolithic perovskite‐silicon tandem solar cell, the integrated device attains a remarkable solar‐to‐hydrogen conversion efficiency of 22.4% in alkaline seawater electrolysis, among the highest values reported to date. Notably, NP‐IrNi@Ir exhibits exceptional stability over 2000 h of continuous operation in alkaline natural seawater, with negligible performance degradation, underscoring the outstanding durability of its three‐dimensional core‐shell nanoarchitecture under high‐voltage conditions.
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