Rare-Earth-Modified NiS2 Improves OH Coverage for an Industrial Alkaline Water Electrolyzer

化学 催化作用 阳极 电解 吸附 傅里叶变换红外光谱 衰减全反射 无机化学 化学工程 红外光谱学 有机化学 物理化学 电极 电解质 工程类
作者
Wei Shen,Yao Zheng,Yang Hu,Jing Jin,Yichao Hou,Nan Zhang,Li An,Pinxian Xi,Chun‐Hua Yan
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (8): 5324-5332 被引量:72
标识
DOI:10.1021/jacs.3c11861
摘要

The low coverage rate of anode OH adsorption under high current density conditions has become an important factor restricting the development of an industrial alkaline water electrolyzer (AWE). Here, we present our rare earth modification promotion strategy on using the rare earth oxygen-friendly interface to increase the OH coverage of the NiS2 surface for efficient AWE anode catalysis. Density functional theory calculations predict that rare earths can enhance the coverage of surface OH, and the synthesis reaction mechanism is discussed in the synthesis process spectrum. Experimentally, by preparing a series of rare-earth-modified NiS2, the relationship between OH coverage, active site density, and catalytic activity was established by attenuated total reflection Fourier transform infrared (ATR-FTIR) spectroscopy, time-resolved absorption spectra, and so on. The unique oxygenophilic properties of rare earths enhance OH coverage, thereby increasing the density of active sites for efficient catalysis. Furthermore, Eu2O3/NiS2 was assembled into the AWE equipment and operated stably for over 240 h at a current density of 300 mA cm–2 under industrial conditions of 80 °C and 30% KOH. Rare-earth-modified NiS2 exhibits better catalytic activity than traditional non-noble metal anode catalysts Ni(OH)2 and NiS2, providing a new approach for rare earth promotion to solve the problem of low OH coverage in the AWE anode.
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