Facilitating Electrochemical Overall Water Splitting Through Tailoring Halloysite Nanoclay‐Based Nanoarchitectonics of Ionic Environment and Gas‐Bubble Wettability

材料科学 分解水 埃洛石 化学工程 析氧 润湿 电解质 离子键合 电化学 电极 离子液体 电流密度 涂层 电解水 纳米技术 碱性水电解 无机化学 阳离子聚合 电解 表面改性 表面工程 催化作用
作者
JAYSRI DAS,Vedant Phad,Debopriya Saha,Sayonti Dutta,Debdas Dhabal,Uttam Manna
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:: e15325-e15325
标识
DOI:10.1002/adma.202515325
摘要

Abstract Unwanted gas bubble adhesion at the electrode surface and its unfavorable microenvironment compromise water splitting performance by perturbing the access of electrolytes and electron transfer processes. While reported bubble‐repellent coatings promote an early detachment of gas bubbles—they mostly fail to provide a favorable ionic microenvironment for overall electrochemical water‐splitting. Here, it has experimentally and theoretically validated the impact of the synergistic association of bubble repellence and selective ionic environments on water splitting performance. Halloysite nanoclay‐based coating with tailored ionic environment and gas‐bubble wettability on nickel foam (NF) ensured a superior performance for hydrogen and oxygen evolution reactions (HER and OER) in alkaline medium (1 M KOH). Superaerophobic coatings on NF with cationic modifiers boost HER by polarizing water around the electrode surface, and anionic modifiers improve OER via facilitating OH − availability, leading to 42% and 30% lower overpotentials at a current density of 100 mA cm −2 , respectively. Eventually, it improves gas production by >60% compared to bare NF in alkaline conditions at a given potential. This strategy lowers the cell voltage required for overall water splitting by 500 ± 6 mV while sustaining a current density of 100 mA cm −2 .
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