Interfacial-Free-Water-Enhanced Mass Transfer to Boost Current Density of Hydrogen Evolution

电流(流体) 自由水 化学物理 电流密度 传质 材料科学 纳米技术 化学 化学工程 环境科学 热力学 物理 环境工程 量子力学 工程类 有机化学
作者
Xian He,Bohan Deng,Jialiang Lang,Zhichuan Zheng,Zhuting Zhang,H. W. Chang,Yufeng Wu,Chong Yang,Wei Zhao,Ming Lei,Hongyi Liu,Kai Huang,Hui Wu
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:25 (16): 6780-6787 被引量:9
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.5c01235
摘要

The advancement of water electrolysis highlights the growing importance of electrolyzers capable of operating at high current densities, where mass transfer dynamics plays a crucial role. In the electrode reactions, the interfacial water is a key factor in regulating these dynamics. However, the potential of utilizing interfacial-free water (IFW) to modulate electrode behavior remains underexplored. Herein, we investigate the effect of interfacial water structure on hydrogen evolution reaction (HER) performance across different current density ranges, using designed platinum-coated nickel hydroxide on nickel foam (Pt@Ni(OH)2-NF) electrodes. We reveal that with increasing current density, changes in interfacial water structure alter the rate-determining step of the HER. Pt@Ni(OH)2-NF exhibited excellent performance in alkaline electrolytes, achieving 1000 mA cm-2 at 114 mV overpotential. This study provides a novel approach to optimizing alkaline water electrolysis dynamics by enhancing mass transfer, further paving the way for more efficient and energy-saving hydrogen production.
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