POM‐Based Water Splitting Catalyst Under Acid Conditions Driven by Its Assembly on Carbon Nanotubes

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作者
Eugenia P. Quirós‐Díez,Melanie Guillen-Soler,Carlos Herreros-Lucas,Alejandro López‐Moreno,José Manuel Vila‐Fungueiriño,Antonio Luis Llamas Saiz,Karol Strutyński,Manuel Melle-Franco,María del Carmen Giménez López,Eugenia P. Quirós‐Díez,Melanie Guillen-Soler,Carlos Herreros-Lucas,Alejandro López‐Moreno,José Manuel Vila‐Fungueiriño,Antonio Luis Llamas Saiz,Karol Strutyński,Manuel Melle-Franco,María del Carmen Giménez López
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:: e12902-e12902
标识
DOI:10.1002/adma.202512902
摘要

Abstract Development of efficient and stable bifunctional electrocatalysts for water electrolysis under acidic conditions is essential for sustainable hydrogen production. A novel vanadium polyoxometalate (POM)‐based material, Na 4 (H 2 O) 12 [(CH 2 OH) 3 CNH 3 ] 2 [V 10 O 28 ]·4H 2 O (1) is presented, incorporating non‐innocent cations and whose electrocatalytic activity can be switched from the production of oxygen to hydrogen through its assembly on carbon nanotubes (CNT). A physical mixture (1/CNT) shows remarkable oxygen evolution reaction (OER) activity, with an overpotential of 0.34 V at 10 mA cm − 2 , outperforming commercial IrO 2 (0.45 V) and approaching Ir/C (0.31 V), with 80% Faradaic efficiency. In contrast, directed assembly (1@CNT) unlocks TRIS ⁺= [(CH 2 OH) 3 CNH 3 ]⁺ groups functionality, enabling high hydrogen evolution reaction (HER) efficiency, with an onset potential of −0.07 V, close to Pt/C, and 94% Faradaic efficiency. Mechanistic studies, strongly supported by in‐operando confocal microscopy and theoretical calculations, reveal that the modulation of crystal interactions and the local microenvironment is key to orchestrating the OER/HER tuning. OER is proposed to proceed via an alcohol oxidation reaction (AOR), while HER benefits from TRIS⁺ moieties acting as a “proton sponge”. This work provides a compelling approach for rational design of bifunctional molecular electrocatalysts based on earth‐abundant elements and controlled nanoassembly, with clear relevance for advancing green hydrogen production technologies.
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