Fe in the Alkaline Electrolyte Causes Poisoning of the Methanol Oxidation Reaction at Ni-Oxyhydroxide Unrelated to the Competing Oxygen Evolution Reaction

析氧 化学 格式化 催化作用 电催化剂 无机化学 电化学 电解质 甲醇 法拉第效率 产量(工程) 氧化还原 反应机理 氧气 部分氧化 反应速率 反应中间体 双金属片 化学动力学
作者
Joyce Faour,Tarek Samko,Mona Al Fakih,Issaaf Mouawad,Lara I. Halaoui
出处
期刊: [American Chemical Society]
卷期号:2 (4): 939-954
标识
DOI:10.1021/acselectrochem.5c00459
摘要

High Resolution Image Download MS PowerPoint Slide Ni-oxo/hydroxide (NiO x H y ) is a catalyst for the methanol oxidation reaction (MOR), and Fe-doped NiO x H y is a catalyst for the oxygen evolution reaction (OER) in an alkaline electrolyte. The spontaneous inclusion of Fe in NiO x H y from traces in alkaline medium as low-coordination surface sites (Fe surface ) facilitates OER, and, in this work, we examined the effect of these sites on MOR through electrochemical measurements comparing MOR catalysis at thin, amorphous NiO x H y that are mostly surface in alkaline electrolyte with Fe traces (KOH) or purified of Fe (Fe-free KOH). The presence of Fe traces was found to reduce the MOR current stability and formate yield during hours of operation beyond the known role in facilitating the competing redox-mediated OER. MOR catalysis was markedly more stable in alkaline electrolyte stripped of Fe; a NiO x H y film retained 99% of the initial MOR rate after 24 h at OER onset bias in Fe-free KOH. Formate production was indicated by 13 C and 1 H NMR and by ion chromatography and was ca.1.5-fold greater in Fe-free KOH at OER onset and with greater faradaic efficiency. The yield was also higher in Fe-free KOH prior to the onset of the OER with similar faradaic efficiencies. We hypothesize, to reconcile electrochemical observations, including electrochemical impedance spectroscopy, that Fe surface in NiOOH renders the electrocatalyst prone to poisoning by a reaction intermediate, while slower kinetics are indicated only at low anodic bias in the presence of dual Ni(OH) 2 /NiOOH sites with Fe surface inclusion. Sustainable MOR catalysis at NiO x H y necessitates that the electrochemical cell be stripped of Fe.
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