Interlayer Water Activation Supplemented Dual Oxygen Evolution Reaction Channels in Layered Double Hydroxides for Efficient Seawater Electrolysis

析氧 催化作用 氢氧化物 过电位 材料科学 电解 无机化学 化学工程 碱性水电解 海水 氧化物 多硫化物 电解水 电解质 吸附 层状双氢氧化物 硫黄 分解水 硫酸盐 反应机理 法拉第效率 制氢 电化学 Pourbaix图 阳极 氧化还原 硫化物 铬酸盐转化膜 溴化物 氧气 多相催化
作者
Rongli Fan,Gaoxiang He,Minyue Zhao,Huihui Yan,Bin Gao,Zhonghua Li,Zhonghua Li,Huiting Huang,Xizhang Wang,Weichang Hao,Jianyong Feng,Zhigang Zou,Zhaosheng Li,Zhaosheng Li
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:: e74631-e74631
标识
DOI:10.1002/adma.74631
摘要

ABSTRACT Direct seawater electrolysis powered by renewable electricity offers a promising avenue for sustainable production of green hydrogen, yet the challenges of chloride‐induced corrosion and sluggish kinetics of oxygen evolution reaction (OER) persist with electrocatalysts. Here, a sulfur‐modified CoFe‐layered double hydroxide catalyst (S‐CF· n H 2 O) is developed to address the above activity and stability issues, in which sulfur etching‐assisted targeted reconstruction occurs and yields high‐density accessible active sites both on the surface and in the interlayer galleries; meanwhile, sulfate ions derived from sulfur oxidation adsorb on catalyst and create an electrostatic Cl − ‐repelling barrier. Featuring interlayer space as a supplementary reaction region and an electrostatic‐protecting sulfate layer, S‐CF· n H 2 O catalyst achieves exceptional OER activity (with an overpotential of 370 mV at 1 A cm −2 ) and unprecedented durability exceeding 12 000 h in alkaline seawater; the seawater electrolyzer assembled from S‐CF· n H 2 O also demonstrates stable operation for 10 000 h at 600 mA cm −2 . In situ spectroscopic and isotope tracing analyses reveal a distinct oxide pathway mechanism with the interlayer water, in contrast to the adsorbate evolution mechanism occurring at the catalyst outer surface. This work conceptually reveals the robustness of interlayer chemistry for the design of high‐performance LDH‐based catalysts.
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