Redox-mediated decoupled seawater direct splitting for H2 production

海水 电解 析氧 氧化还原 电解质 阳极 电解水 化学 化学工程 电解槽 电子转移 无机化学 材料科学 电化学 电极 光化学 海洋学 物理化学 工程类 地质学 有机化学
作者
Tao Liu,Cheng Lan,Min Tang,Mengxin Li,Yi-Tao Xu,Huimin Yang,Qingyue Deng,Wenchuan Jiang,Zhiyu Zhao,Yifan Wu,Heping Xie
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:15 (1) 被引量:9
标识
DOI:10.1038/s41467-024-53335-w
摘要

Abstract Seawater direct electrolysis (SDE) using renewable energy provides a sustainable pathway to harness abundant oceanic hydrogen resources. However, the side-reaction of the chlorine electro-oxidation reaction (ClOR) severely decreased direct electrolysis efficiency of seawater and gradually corrodes the anode. In this study, a redox-mediated strategy is introduced to suppress the ClOR, and a decoupled seawater direct electrolysis (DSDE) system incorporating a separate O 2 evolution reactor is established. Ferricyanide/ferrocyanide ([Fe(CN) 6 ] 3−/4− ) serves as an electron-mediator between the cell and the reactor, thereby enabling a more dynamically favorable half-reaction to supplant the traditional oxygen evolution reaction (OER). This alteration involves a straightforward, single-electron-transfer anodic reaction without gas precipitation and effectively eliminates the generation of chlorine-containing byproducts. By operating at low voltages (~1.37 V at 10 mA cm −2 and ~1.57 V at 100 mA cm −2 ) and maintaining stability even in a Cl − -saturated seawater electrolyte, this system has the potential of undergoing decoupled seawater electrolysis with zero chlorine emissions. Further improvements in the high-performance redox-mediators and catalysts can provide enhanced cost-effectiveness and sustainability of the DSDE system.
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