在现场调节/铁氧化物-氧化水氧化物交换通过动态铁合并,以在较大的电流密度下进行稳健的氧气演变
Dongyang Li1, Rong Xiang1, Fang Yu1
1Key Laboratory of Low-Dimensional Quantum Structures and Quantum Control of Ministry of Education, Key Laboratory for Matter Microstructure and Function of Hunan Province, Department of Physics and Synergetic Innovation Center for Quantum Effects and Applications, Hunan Normal University, Changsha, 410081, China.
开发先进的催化剂对于高效的绿色生产至关重要. 这项研究提出了一种强大的铁催化剂,可以显著降低氧气演变的过度潜力,从而实现高效的水分离以产生气.
科学领域:
- 电化学 电化学 电化学
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 绿色化学 绿色化学
背景情况:
- 通过水分的绿色生产面临着由于高能耗,特别是氧化演化反应 (OER) 的挑战.
- 现有的铁 (Co/Fe) 催化剂看起来很有前途,但由于导电性和耐久性差,与最先进的铁 (Ni/Fe) 催化剂不同,它们受到限制.
- 铁氧化 (FeOOH) 在Co/Fe催化剂中的分离导致在高电流密度下产生不良特性.
研究的目的:
- 在性介质中开发一种强大且耐用的电催化剂,用于高效的氧化演化反应 (OER).
- 在运行条件下研究新型催化剂的催化机制和活性位点.
- 使用开发的绿色生产催化剂构建和评估性电解器.
主要方法:
- 通过机械来制造无形双金属FeOOH/Co(OH) 2异构微板阵列.
- 在现场X射线光电子光谱 (XPS) 和拉曼分析以研究催化剂重建.
- 密度函数理论 (DFT) 计算,以了解确定速率的步骤和活跃站点.
- 使用MoNi4/MoO2阴极组装性电解仪.
主要成果:
- 催化剂在极低的超电位 (分别为290和304mV) 中实现了高电流密度 (500和1000mA cm-2).
- 在现场分析显示,通过将铁合并到CoOOH中,快速重建为动态稳定的Co1-x Fex OOH活性相.
- 自组装的性电解器在1.613V的低电池电压下输送了500 mA cm-2,超过了商业的IrO2 性电解器和其它基于过渡金属的电解器.
- 催化剂在高电流密度下表现出强大的耐用性.
结论:
- 开发的FeOOH/Co(OH) 2衍生催化剂为工业水分应用提供了可行的策略.
- 在现场将铁合并到CoOOH中形成了活跃站点,加速了有效的OER的速度决定步骤.
- 这项工作为设计用于大规模绿色生产的先进催化剂铺平了道路.
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