Satellite-like shielding for dual single-atom catalysis, boosting ampere-level alkaline seawater splitting

海水 催化作用 离解(化学) 电解 碱土金属 无机化学 材料科学 化学 纳米技术 化学工程 金属 冶金 物理化学 海洋学 地质学 有机化学 电极 工程类 电解质
作者
Hao Chen,Yanqin Wang,Rong Ding,Zhiwei Zeng,Bowen Liu,Fu‐Rong Zeng,Yu-Zhong Wang,Haibo Zhao
出处
期刊:Matter [Elsevier BV]
卷期号:7 (9): 3189-3204 被引量:18
标识
DOI:10.1016/j.matt.2024.05.034
摘要

Electrolysis of seawater for large-scale hydrogen production at industrial current densities signifies a groundbreaking technological leap. However, extant seawater electrolysis encounters challenges rooted in chlorine chemistry and metal deposition. Drawing inspiration from the Moon's protective role for the Earth, we unveil a pioneering satellite-like shielding strategy for dual single-atom catalysis, showcasing an extraordinary performance of 1.66 V at 2,000 mA cmgeo−2 in 6 M KOH and seawater at 80°C, coupled with durability exceeding 252 h. Theoretical and experimental evidence confirms that satellite Mn boosts Lewis acid sites of the catalyst, which can strongly bind OH− and prevent the rising pH of the seawater and Cl− attack. Synergies between single-atom Mn and Ru further optimize water dissociation barriers and intermediate adsorption energies. This study presents new satellite-like shielding insight for designing highly durable, efficient dual single-atom catalysts with harmful ion resistance, tailored for industrial-grade current densities in alkaline seawater electrolysis.
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