KAUST卢旭Angew.：动态重构NixCryO电催化剂稳定OER！

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研究内容

由可再生电力驱动、非贵金属催化剂催化的电化学海水分解是一种具有成本效益的绿色氢气(H₂)生产方法。然而，由于多种原因，该过程主要受到阳极析氧反应(OER)的限制。因此，在追求海水中OER的长期稳定性时，保持固有的催化活性是必不可少的，但仍然具有挑战性。

沙特阿卜杜拉国王科技大学卢旭开发了一种Ni_xCr_yO电催化剂，其在碱性条件下表现出优异的OER稳定性，同时通过动态自重组随时间提高活性。在1 M KOH中，Ni_xCr_yO只需要270和320 mV的过电势就可以分别获得100和500 mA cm^-2的电流密度，并且在100 mA cm^-2下具有超过475小时和在500 mA cm^-2中超过280小时的优异长期稳定性。此外，Ni_xCr_yO在10、100和500 mA cm^-2的海水中分别表现出2000、275和100小时的稳定运行。相关工作以“Dynamically Restructuring Ni_xCr_yO Electrocatalyst for Stable Oxygen Evolution Reaction in Real Seawater”为题发表在国际著名期刊Angewandte Chemie International Edition上。

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研究要点

要点1.作者开发了一种Ni_xCr_yO电催化剂，其在在1 M KOH和真实海水中表现出优异的OER稳定性（无需纯化，添加1 M KOH），同时通过动态自重组随时间提高活性。在1 M KOH中，Ni_xCr_yO只需要270和320 mV的过电势就可以分别获得100和500 mA cm^-2的电流密度，并且在100 mA cm^-2下具有超过475小时和在500 mA cm^-2中超过280小时的优异长期稳定性。

要点2.电化学测量和现场研究的结合表明，在长时间电解过程中，Cr的浸出和再分配(动态重组)导致电化学活性表面积(ECSA)增加，最终增强了催化剂的孔隙率、促进了更好的电解质渗透，提高了OER活性。

要点3. NixCryO催化剂和电解质中OH^-之间的电子相互作用的改善抵消了海水中杂质施加的不利活性位点阻断效应。Ni_xCr_yO在10、100和500 mA cm^-2的海水中分别表现出2000、275和100小时的稳定运行。

该研究提出的催化剂和机理见解代表着朝着实现非贵金属基直接海水裂解迈出了一步。

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研究图文

图1. Ni_xCr_yO的合成与表征。

图2. Ni_xCr_yO催化剂在1M KOH中的OER性能。

图3. OER过程中Ni_xCr_yO孔隙率增加。

图4. 了解Ni_xCr_yO增强的OER稳定性。

图5. Ni_xCr_yO在海水电解质中的OER性能。

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文献详情

Dynamically Restructuring Ni_xCr_yO Electrocatalyst for Stable Oxygen Evolution Reaction in Real Seawater

Abdul Malek, Yanrong Xue, Xu Lu*

Angew. Chem. Int. Ed.

DOI: https://doi.org/10.1002/anie.202309854