Frustrated Lewis Pair Mediated f‐p‐d Orbital Coupling: Achieving Selective Seawater Oxidation and Breaking *OH and *OOH Scaling Relationship

联轴节(管道) 沮丧的刘易斯对 缩放比例 海水 路易斯酸 化学 计算化学 材料科学 化学物理 催化作用 有机化学 海洋学 地质学 冶金 几何学 数学
作者
Jiawei Zhu,Tong Cui,Jingqi Chi,Tiantian Wang,Lili Guo,Xiaobin Liu,Zexing Wu,Jianping Lai,Lei Wang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:137 (2) 被引量:3
标识
DOI:10.1002/ange.202414721
摘要

Abstract The development of oxygen evolution reaction (OER) electrocatalyst for seawater electrolysis plays a crucial role in producing renewable hydrogen energy. However, during the seawater electrolysis process, the anode inevitably undergoes chloride oxidation reaction (ClOR) due to Cl− adsorption, making the seawater electrolysis process difficult to sustain. Inspired by the selective permeability of cell membranes, we propose a biomimetic design of frustrated Lewis pairs (FLPs) layers for selective seawater oxidation. Combining experimental results and molecular dynamics simulations, it has been demonstrated that cerium dioxide layers with FLPs sites can decompose water molecules, capture hydroxyl anions, and repel chloride ions simultaneously. DFT theoretical analysis indicates that the FLP sites regulate the Ce 4 f−O 2p−Ni 3d gradient orbital coupling, providing additional oxygen non‐bonding (ONB) to stabilize the Ni−O bond and optimize the adsorption strength of intermediates, thereby breaking the *OH and *OOH scaling relationship. The assembled anion exchange membrane electrolyzers exhibit an efficiency of 95.7 % at a current density of 0.1 A cm−2 and can stably operate for 250 hours at a current density of 0.2 A cm−2.
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