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?華理/南工大Adv. Sci.: 持續(xù)工作超700小時(shí)！3D CoFeSx前體在弱堿性下實(shí)現(xiàn)超穩(wěn)海水分解

時(shí)間：2022-07-24 來源：瀏覽：

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海水電解是一種用于大規(guī)模生產(chǎn)高純度氫氣的有吸引力的技術(shù)。然而，由于海水環(huán)境的復(fù)雜性，高效的陽極催化劑應(yīng)該廉價(jià)且穩(wěn)定，對(duì)析氧反應(yīng)(OER)具有高活性。目前，雖然催化反應(yīng)通常發(fā)生在表面，但催化劑的體積和形貌結(jié)構(gòu)也對(duì)性能有重大影響，因此需要對(duì)催化劑的結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化。

近日， 華東理工大學(xué)徐至 、 莊林洲 和 南京工業(yè)大學(xué)邵宗平 等設(shè)計(jì)了一個(gè)3D CoFeS _x 空心球催化劑，以實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定電解海水。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，H-CoFeS _x 在堿性海水中，在420 mV的過電位下的電流密度高達(dá)150 mA cm ^-2 ，并且該催化劑在100 mA cm ^-2 電流密度下連續(xù)工作超過700小時(shí)的電流衰減可以忽略不計(jì)。此外，H-CoFeS _x 可以在100 mA cm ^-2 的電流密度下，在中性海水中穩(wěn)定運(yùn)行約20 h且性能無明顯衰減，顯示出其在實(shí)際海水中的巨大應(yīng)用潛力。

實(shí)驗(yàn)、表征和理論模擬證明，空心球結(jié)構(gòu)可以改善反應(yīng)物在3D水平上的傳質(zhì)，并增加催化劑在海水分解中的比面積。在材料中共摻入CoFe實(shí)現(xiàn)原子級(jí)協(xié)同作用以優(yōu)化電荷轉(zhuǎn)移，并促進(jìn)活性位點(diǎn)向金屬(氧)氫氧化物的轉(zhuǎn)化，從而提高催化劑的活性、電導(dǎo)率、選擇性和穩(wěn)定性。同時(shí)，在OER過程中H-Co ₃ S ₄ 和H-CoFeS _x 中的S物種可以原位轉(zhuǎn)變?yōu)镾O ₄ ^2- ，在沒有額外添加劑的情況下，在表面提供保護(hù)層。

這項(xiàng)工作中展示的多尺度工程方法也可以應(yīng)用于其他基于活性非貴金屬的OER電極，并促進(jìn)大規(guī)模堿性海水分解產(chǎn)生氫氣。

Multiscale Engineering of Nonprecious Metal Electrocatalyst for Realizing Ultrastable Seawater Splitting in Weakly Alkaline Solution. Advanced Science, 2022. DOI: 10.1002/advs.202202387