利用非貴金屬催化劑進(jìn)行海水直接電解制取氫氣，近年來(lái)受到廣泛的研究關(guān)注。目前，這一技術(shù)主要受到陽(yáng)極析氧反應(yīng)（OER）的限制：首先，OER動(dòng)力學(xué)較慢；其次，海水中雜質(zhì)阻塞活性位點(diǎn)，對(duì)催化劑構(gòu)成威脅；第三，析氯反應(yīng)與OER競(jìng)爭(zhēng)，降低反應(yīng)效率。因此，提升非貴金屬基OER催化劑在海水中的穩(wěn)定性困難重重。在堿性O(shè)ER過(guò)程中，氫氧根離子（OH?）首先吸附在金屬上，形成M?OH鍵（M為金屬）；而后，M–OH質(zhì)子化為M?O，再羥基化為M?OOH；隨后，M?OOH與第二個(gè)OH?反應(yīng)，生成H2O和吸附態(tài)O2，最終釋放為氧氣。實(shí)驗(yàn)表明，OER活性與OH?在催化劑層中的擴(kuò)散速率、在活性位點(diǎn)上的吸附速率相關(guān)。因此，開(kāi)發(fā)能促進(jìn)OH?快速擴(kuò)散和吸附的OER催化劑可能是一種有效的策略。
近日，沙特阿卜杜拉國(guó)王科技大學(xué)（KAUST）的盧旭教授團(tuán)隊(duì)成功開(kāi)發(fā)了一種NixCryO催化劑。該催化劑在堿性O(shè)ER過(guò)程中展現(xiàn)出卓越的動(dòng)態(tài)重構(gòu)能力，借助鉻的溶出來(lái)增加孔隙率，從而加強(qiáng)OH?與活性位點(diǎn)之間的電子相互作用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果明確顯示，這種動(dòng)態(tài)重構(gòu)機(jī)制增加了催化劑的孔隙率和電化學(xué)活性表面積，并實(shí)現(xiàn)了更深入的電解質(zhì)滲透，從而能夠有效減緩海水雜質(zhì)的負(fù)作用，并顯著延長(zhǎng)催化劑穩(wěn)定性。 值得強(qiáng)調(diào)的是，該NixCryO催化劑的OER活性在1 M KOH中隨時(shí)間推移而增強(qiáng)。經(jīng)過(guò)1000小時(shí)10 mA cm-2恒電流測(cè)試后，過(guò)電位實(shí)際上有所減小。在來(lái)自紅海的海水電解液中，NixCryO催化劑能夠在10、100和500 mA cm-2的電流密度下穩(wěn)定運(yùn)行2000、275和100小時(shí)。
論文信息 Dynamically Restructuring NixCryO Electrocatalyst for Stable Oxygen Evolution Reaction in Real Seawater Abdul Malek, Yanrong Xue, Xu Lu Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202309854
