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通訊單位：

阿卜杜拉國王科技大學（KAUST）

論文DOI：

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

背景介紹

利用非貴金屬催化劑進行直接電解海水制氫，近年來成為了研究熱點。當前，該技術主要受到陽極析氧反應（OER）的限制：第一，OER動力學較為緩慢；第二，海水中的雜質會阻塞活性位點，對催化劑構成威脅；第三，析氯反應（ClER）與 OER 競爭，降低了電解水效率。因此，非貴金屬基OER催化劑在海水中的穩(wěn)定性亟待提高。

內容簡介

有鑒于此，阿卜杜拉國王科技大學（KAUST）盧旭教授團隊研發(fā)了一種新型Ni_xCr_yO 催化劑，其可在堿性OER過程中實現(xiàn)自身動態(tài)重構，通過 Cr 浸出增加孔隙率，進而增強OH^?與活性位點之間的電子相互作用。

實驗結果表明，這種自重構催化劑結構可以有效降低海水雜質對反應活性位點的阻塞效應，從而顯著延長電極壽命。該論文第一作者和共同作者分別為盧旭教授團隊的Abdul Malek和薛延榮。

論文亮點

1. OER活性隨著時間提升

Ni_xCr_yO的OER活性在1 M KOH中隨著時間的推移而提高：在10 mA cm^-2恒電流下進行1000小時穩(wěn)定性測試后，過電勢反而有所下降。

2. 動態(tài)重構機制

電化學測試和原位光譜實驗的結果表明，Ni_xCr_yO催化劑OER穩(wěn)定性的顯著提高歸因于 Cr 的浸出和重新分布。這種動態(tài)重構機制增加了催化劑的孔隙率和電化學活性面積，并實現(xiàn)了更深的電解質滲透。

3. 海水電解穩(wěn)定性

該Ni_xCr_yO催化劑在海水（取自紅海）電解液中，可在10、100和500 mA cm^-2的電流密度下穩(wěn)定運行2000、275 和 100小時。

圖1.?催化劑合成過程及其表征

圖2.?電化學測試結果

圖3.?催化劑反應前后的結構變化

圖4.?機理研究

圖5.?海水電解液中的OER性能

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