Highly efficient and robust nickel-iron bifunctional catalyst coupling selective methanol oxidation and freshwater/seawater hydrogen evolution via CO-free pathway

催化作用 双功能 析氧 电解 化学 无机化学 格式化 甲醇 制氢 电解水 阳极 分解水 化学工程 电化学 电极 电解质 有机化学 物理化学 工程类 光催化
作者
Xiangbowen Du,Mingwu Tan,Tong Wei,Hisayoshi Kobayashi,Junjie Song,Zhengxin Peng,Hongliang Zhu,Zhikang Jin,Renhong Li,Wen Liu
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:452: 139404-139404 被引量:43
标识
DOI:10.1016/j.cej.2022.139404
摘要

The production of green hydrogen by water electrolysis is often kinetically limited by the sluggish oxygen evolution reaction (OER) at the anode. Here, we prepared a bifunctional nickel foam supported NiFe2O4 spinel catalyst (i.e. NiFe2O4/NF) that is capable of facilitating the coupling of hydrogen evolution reaction (HER) with selective methanol oxidation reaction (SMOR) in seawater to produce formate via a CO-free pathway. At a cell potential of 2.0 V, the NiFe2O4/NF||NiFe2O4/NF catalyzed HER-SMOR system produces remarkably high current density (>800 mA cm−2) with high Faradaic efficiencies (FE) at both electrodes (>96 % for HER and >95 % for SMOR to formate). The NiFe2O4/NF||NiFe2O4/NF HER-SMOR system also exhibits excellent stability over 48 h of continuous operation. With H2 being the only gaseous product, the HER-SMOR electrolysis system could operate in the absence of a membrane. Furthermore, the NiFe2O4/NF||NiFe2O4/NF electrodes are sufficiently robust for continuously catalyzing HER-SMOR in seawater electrolysis, showing no sign of deactivation or chlorine oxidation reactions over 6 h of continuous operation at a high current density of 700 mA cm−2. Mechanistic investigation and DFT calculations reveal that SMOR proceeds via a CO-free pathway, with Ni and Fe as the active sites for methanol and OH activation, respectively.
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