Modulating the Electronic Structure of Cobalt‐Vanadium Bimetal Catalysts for High‐Stable Anion Exchange Membrane Water Electrolyzer

双金属 材料科学 催化作用 化学工程 离子交换 电解质 无机化学 离子 电解 化学 物理化学 电极 有机化学 冶金 工程类 生物化学
作者
Zhijian Liang,Di Shen,Wei Yao,Fanfei Sun,Ying Xie,Lei Wang,Honggang Fu
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:36 (41) 被引量:59
标识
DOI:10.1002/adma.202408634
摘要

Abstract Modulating the electronic structure of catalysts to effectively couple the hydrogen evolution reaction (HER) and oxygen evolution reaction (OER) is essential for developing high‐efficiency anion exchange membrane water electrolyzer (AEMWE). Herein, a coral‐like nanoarray composed of nanosheets through the synergistic layering effect of cobalt and the 1D guiding of vanadium is synthesized, which promotes extensive contact between the active sites and electrolyte. The HER and OER activities can be enhanced by modulating the electronic structure through nitridation and phosphorization, respectively, enhancing the strength of metal‐H bond to optimize hydrogen adsorption and facilitating the proton transfer to improve the transformation of oxygen‐containing intermediates. Resultantly, the AEMWE achieves a current density of 500 mA cm –2 at 1.76 V for 1000 h in 1.0 M KOH at 70 °C. The energy consumption is 4.21 kWh Nm –3 with the producing hydrogen cost of $0.93 per kg H 2 . Operando synchrotron radiation and Bode phase angle analyses reveal that during the high‐energy consumed OER, the dissolution of vanadium species transforms distorted Co−O octahedral into regular octahedral structures, accompanied by a shortening of the Co−Co bond length. This structural evolution facilitates the formation of oxygen intermediates, thus accelerating the reaction kinetics.
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