Reconstruction‐Determined Alkaline Water Electrolysis at Industrial Temperatures

材料科学 碱性水电解 电解 电解水 电解质 化学工程 冶金 无机化学 物理化学 化学 电极 工程类
作者
Xiong Liu,Ruiting Guo,Kun Ni,Fanjie Xia,Chaojiang Niu,Bo Wen,Jiashen Meng,Peijie Wu,Jinsong Wu,Xiaojun Wu,Liqiang Mai
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:32 (40): e2001136-e2001136 被引量:307
标识
DOI:10.1002/adma.202001136
摘要

Abstract Evaluating the alkaline water electrolysis (AWE) at 50–80 °C required in industry can veritably promote practical applications. Here, the thermally induced complete reconstruction (TICR) of molybdate oxygen evolution reaction (OER) pre‐catalysts at 51.9 °C and its fundamental mechanism are uncovered. The dynamic reconstruction processes, the real active species, and stereoscopic structural characteristics are identified by in situ low‐/high‐temperature Raman, ex situ microscopy, and electron tomography. The completely reconstructed (CR) catalyst (denoted as cat.‐51.9) is interconnected by thermodynamically stable (oxy)hydroxide nanoparticles, with abundant boundaries and low crystallinity. For alkaline OER, cat.‐51.9 exhibits a low overpotential (282.3 mV at 20 mA cm −2 , 25.0 °C) and ultrastable catalysis at 51.9 °C (250 h, with a negligible activity decay of 19.6 µV h −1 ). The experimental observations combined with theoretical analyses confirm the fast catalytic kinetics enabled by the co‐effect of boundaries and vacancies. The coupled cat.‐51.9 and MoO 2 ‐Ni hydrogen‐evolving arrays provide stable electrolysis operation at 51.9 °C for 220 h. This work uncovers new reconstruction phenomenon of pre‐catalysts under realistic conditions and exceptional durability of CR catalysts toward practical high‐temperature AWE.
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