Polyoxometalate electrocatalysts based on earth-abundant metals for efficient water oxidation in acidic media

化学 催化作用 多金属氧酸盐 过电位 无机化学 贵金属 氧化物 分解水 氧化态 钴 碱土金属 过渡金属 金属 化学工程 光催化 电化学 有机化学 物理化学 工程类 电极
作者
Marta Blasco‐Ahicart,Joaquín Soriano‐López,Jorge J. Carbó,Josep M. Poblet,José Ramón Galán‐Mascarós
出处
期刊:Nature Chemistry [Nature Portfolio]
卷期号:10 (1): 24-30 被引量:503
标识
DOI:10.1038/nchem.2874
摘要

Water splitting is a promising approach to the efficient and cost-effective production of renewable fuels, but water oxidation remains a bottleneck in its technological development because it largely relies on noble-metal catalysts. Although inexpensive transition-metal oxides are competitive water oxidation catalysts in alkaline media, they cannot compete with noble metals in acidic media, in which hydrogen production is easier and faster. Here, we report a water oxidation catalyst based on earth-abundant metals that performs well in acidic conditions. Specifically, we report the enhanced catalytic activity of insoluble salts of polyoxometalates with caesium or barium counter-cations for oxygen evolution. In particular, the barium salt of a cobalt-phosphotungstate polyanion outperforms the state-of-the-art IrO2 catalyst even at pH < 1, with an overpotential of 189 mV at 1 mA cm–2. In addition, we find that a carbon-paste conducting support with a hydrocarbon binder can improve the stability of metal-oxide catalysts in acidic media by providing a hydrophobic environment. Electrochemical water oxidation in acidic media is a promising water-splitting technique, but typically requires noble metal catalysts. Now, two polyoxometalate salts based on earth-abundant metals have shown excellent catalytic performance for the oxygen evolution reaction. The barium salt of a cobalt-phosphotungstate polyanion outperformed the state-of-the-art IrO2 catalyst at pHs lower than 1.
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