CeO2 Nanoparticles Anchored in Cation-Vacancies NiFe-LDH toward Efficient Oxygen Evolution Reactions in Green Sustainable Seawater Electrolysis

析氧 纳米颗粒 海水 电解 氧气 化学工程 材料科学 化学 无机化学 纳米技术 电化学 电极 有机化学 物理化学 生态学 工程类 电解质 生物
作者
Zhaokun Wang,Liyan Wang,Liang Chu,Mu Yang,Ge Wang
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:12 (31): 11628-11637 被引量:4
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.4c02912
摘要

In recent decades, there has been significant interest in eco-friendly hydrogen production from seawater electrolysis. However, the corrosive nature of Cl– on metal substrates prevents Ni–Fe layered hydroxides (NiFe-LDH) from being catalysts for direct use in seawater electrolysis. In this study, a NiFe-LDH attached to copper nanowire arrays with synergistic decoration of cerium dioxide (CeO2) nanoparticles and cationic defects was synthesized. It requires only 208 and 230 mV overpotentials under 1 M KOH and alkali wild seawater for 100 mA·cm–2. Moreover, the catalyst is capable of functioning at 400 mA·cm–2 in alkali natural seawater, with a retention rate of 99% for 80 h. Results of theoretical and experimental analyses indicate that the Ce–O–Ni unit formed by cation defects anchoring CeO2 particles promotes the charge transfer of NiFe-LDH to CeO2, which greatly reduces the adsorption energy of the OER active intermediates. The hard and soft acid-based (HSAB) theory states that the selective binding of OH– by high-valence Ni is responsible for the improvement in seawater stability and selectivity. This research aims to outline key considerations in developing high-efficiency seawater electrolysis catalysts.
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