In Situ Adsorption of a Lewis Base Triggers Selective Seawater Oxidation Based on the Lattice Oxygen-Mediated Mechanism

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作者
Zefeng Teng,Chenxi Liu,Rui Zhang,Xu Liu,Xu Liu,Sailong Wang,Jiawei Zhu,Jingqi Chi,Zexing Wu,Xiaobin Liu,Xiaobin Liu,Lei Wang
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:19 (34): 30930-30940 被引量:23
标识
DOI:10.1021/acsnano.5c07077
摘要

During seawater electrolysis, the anodic oxygen evolution reaction (OER) is invariably confronted with an inescapable challenge: side reactions instigated by chloride ions and the poisoning of catalytically active sites. To address this, we put forward a strategy of doping high-valence metal Mo into Ni(OH) 2 to achieve high selectivity and activity of the OER in alkaline seawater. In situ characterization, along with theoretical calculations, demonstrates that Lewis bases (MoO 4 2– ) are generated through Mo dissolution within the catalyst and subsequently adsorbed in situ on the catalyst surface. Additionally, the Ni(OH) 2 with Mo doping realizes a more rapid phase transformation of Ni(OH) 2 and the redistribution of local charge and triggers the lattice oxygen-mediated mechanism. This process elevates the active site to a higher oxidation state (Ni 3+ x ) and endows the active site with a high selectivity toward OH – . In an alkaline seawater anion-exchange membrane electrolyzer, NiOOH-MoO 4 2– as anode achieves good durability, with the system remaining operational for over 180 h at a current density of 500 mA cm –2 . This research presents an efficient approach for the straightforward and expeditious fabrication of high-oxidation-state Ni-based electrocatalysts featuring an adsorbed Lewis base (MoO 4 2– ), which holds good promise in steering the advancement of seawater electrolysis technology.
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