Self-adaptive amorphous CoOxCly electrocatalyst for sustainable chlorine evolution in acidic brine

过电位 析氧 电化学 电催化剂 催化作用 选择性 化学 无机化学 电解质 无定形固体 卤水 化学工程 电极 有机化学 物理化学 工程类
作者
Mengjun Xiao,Qianbao Wu,Ruiqi Ku,Liujiang Zhou,Chang Long,Junwu Liang,Andraž Mavrič,Lei Li,Jing Zhu,Matjaž Valant,Jiong Li,Zhenhua Zeng,Chunhua Cui
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:14 (1) 被引量:35
标识
DOI:10.1038/s41467-023-41070-7
摘要

Electrochemical chlorine evolution reaction is of central importance in the chlor-alkali industry, but the chlorine evolution anode is largely limited by water oxidation side reaction and corrosion-induced performance decay in strong acids. Here we present an amorphous CoOxCly catalyst that has been deposited in situ in an acidic saline electrolyte containing Co2+ and Cl- ions to adapt to the given electrochemical condition and exhibits ~100% chlorine evolution selectivity with an overpotential of ~0.1 V at 10 mA cm-2 and high stability over 500 h. In situ spectroscopic studies and theoretical calculations reveal that the electrochemical introduction of Cl- prevents the Co sites from charging to a higher oxidation state thus suppressing the O-O bond formation for oxygen evolution. Consequently, the chlorine evolution selectivity has been enhanced on the Cl-constrained Co-O* sites via the Volmer-Heyrovsky pathway. This study provides fundamental insights into how the reactant Cl- itself can work as a promoter toward enhancing chlorine evolution in acidic brine.
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