Enhancing the Selective OH− Adsorption for Durable Alkaline Seawater Oxidation at Industrial Current Densities

催化作用 吸附 无机化学 阳极 电解 过电位 化学 析氧 化学工程 氢氧化物 离子交换 氯化物 传质 碱性水电解 法拉第效率 制氢 氢 汽油 腐蚀 膜电极组件 电流密度 材料科学 再分配(选举) 密度泛函理论 双功能催化剂 离子 电极 膜 水处理 电解水 阴极 氧气 海水 双功能 原电池
作者
Shangshu Hu,Jiao YANG,Yujuan Zhuang,Xueyao Li,Han Xu,Fuwang Hu,Zhishuo Yan,C. L. Liu,Jianmin Yu,Lishan Peng
出处
期刊:Nano-micro Letters [Springer Science+Business Media]
卷期号:18 (1) 被引量:20
标识
DOI:10.1007/s40820-026-02133-8
摘要

Abstract The oxygen evolution reaction (OER) in seawater electrolysis is pivotal for sustainable hydrogen production, yet severe chloride ion (Cl − )-induced corrosion at the anode critically limits catalyst durability. Herein, we design a heterostructured catalyst comprising NiFe-layered double hydroxide and Ce(OH)CO 3 (denoted as NiFe-LDH/Ce(OH)CO 3 ) that exhibits remarkable OER stability in alkaline-simulated seawater. Experimental results and density functional theory calculations reveal that Ce(OH)CO 3 incorporation modulates interfacial charge redistribution and enhances the Lewis acidity of Ni and Fe sites, thereby tuning the adsorption energetics of Cl − and OH − . Time-of-flight secondary ion mass spectrometry further confirms the preferential adsorption of OH − over Cl − , effectively suppressing Cl − -induced corrosion. As a result, NiFe-LDH/Ce(OH)CO 3 demonstrates exceptional long-term stability, maintaining continuous operation for over 450 h at 1 A cm −2 in alkaline seawater. When integrated into an anion exchange membrane electrolyzer, the catalyst achieves 1 A cm −2 at a low cell voltage of 1.92 V and operates stably for over 60 h. The system delivers an impressive energy efficiency of 68.59% in alkaline-simulated seawater, corresponding to a hydrogen production cost as low as $0.97 per gasoline gallon equivalent at 500 mA cm −2 . Graphical abstract The integration of Ce(OH)CO 3 with NiFe-LDH enhances the Lewis acidity of Ni and Fe, enabling preferential OH - adsorption while eff ectively suppressing chlorine corrosion, and ultimately achieving durable seawater oxidation atindustrial current densities.
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