作为海水分裂的长寿命高效氧化物进化催化剂的单层二氧化物
Hanhui You1, Dongshuang Wu2, Duanhui Si1
1State Key Laboratory of Structural Chemistry, Fujian Institute of Research on the Structure of Matter, Chinese Academy of Sciences, Fuzhou 350002, P. R. China.
Journal of the American Chemical Society
|May 10, 2022
概括
一种新型的-双氧化物 (NiIr-LDH) 催化剂有效地将海水分解为氧化演化反应 (OER). 这种先进的催化剂与商业选择相比具有更高的活性和稳定性,为可持续的生产铺平了道路.
科学领域:
- 电化学
- 材料科学
- 催化剂
背景情况:
- 海水分解以产生需要高效的氧化演化反应 (OER) 催化剂.
- 现有的OER催化剂在盐水环境中与腐蚀和氧化作斗争.
- 5d过渡金属提供了增强催化性能的潜力.
研究的目的:
- 开发一种高度活跃和稳定的OER催化剂,用于海水分裂.
- 研究 (Ir) 在层状双氧化物 (LDH) 中的作用.
- 了解催化性能增强背后的机制.
主要方法:
- 单层NiIr双层氧化物 (NiIr-LDH) 的合成
- 电化学测量包括超电位和法拉第效率.
- 用于稳定性测试的长期计时计.
- 射线吸收细结构 (XAFS) 和密度功能理论 (DFT) 的计算.
- 在现场拉曼光谱.
主要成果:
- 在性海水中,NiIr-LDH在361 mV的超电位下达到500 mA/cm2,具有99%的O2法拉达效率.
- 在活动和效率方面超过商业的IrO2 (763 mV,23%) 和NiFe-LDH (530 mV,92%).
- 在500mA/cm2下,在650小时内显示出极高的稳定性和微不足道的活性损失.
- DFT和XAFS显示了Ni和Ir位点的变化电子密度,加速了中间形成.
- 电化学和光谱数据与DFT相结合证实了*O和*OOH中间体的加速生成.
结论:
- 单层NiIr-LDH是OER海水分解的高效催化剂.
- 加入可显著增强催化活性和稳定性.
- 这种增强的性能归因于Ni和Ir位点的加速中间形成.
- 这项工作开辟了在LDH材料中使用5d金属的途径,用于海水裂变以外的各种应用.
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