Hierarchical anions at the electrode-electrolyte interface for synergized neutral water oxidation

电解质 氟化物 电化学 电极 拉曼光谱 无机化学 化学 离子 动力学 材料科学 化学工程 物理化学 工程类 有机化学 量子力学 光学 物理
作者
Tao Liu,Yuxin Chen,Yaming Hao,Jianxiang Wu,Ran Wang,Limin Gu,Xuejing Yang,Qiang Yang,Cheng Lian,Honglai Liu,Ming Gong
出处
期刊:Chem [Elsevier]
卷期号:8 (10): 2700-2714 被引量:38
标识
DOI:10.1016/j.chempr.2022.06.012
摘要

The ion-enriched electrode-electrolyte interface is a unique characteristic of electrocatalytic reactions that can effectively tune the local chemical environment. In this study, we discovered a strong synergy between borate and fluoride anions for water oxidation in neutral conditions. Under an optimal ratio of the two anions, the water oxidation current significantly outperforms the individual counterparts by almost an order of magnitude. This synergy was greatly attributed to the hierarchical anions at the interface, with borate approaching the surface and fluoride extending out, as revealed by in situ surface-enhanced Raman spectroscopy and molecular dynamics simulation. This hierarchical anion arrangement created two kinetics regions, with one borate-dominating region to lower the onset potential and one fluoride-dominating region to sustain a larger current. Using the synergized electrolyte, a low-cost and facilely synthesized Co(OH)2 electrode could achieve an outstanding performance of 100 mA/cm2 at 1.791 V versus RHE under pH = 7.87 with a 2-week-long durability.
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