High Catalytic Selectivity of Electron/Proton Dual‐Conductive Sulfonated Polyaniline Micropore Encased IrO2 Electrocatalyst by Screening Effect for Oxygen Evolution of Seawater Electrolysis

塔菲尔方程 电解 电催化剂 过电位 海水 催化作用 无机化学 化学 化学工程 材料科学 电化学 电解质 有机化学 地质学 电极 物理化学 海洋学 工程类
作者
Yuhan Shen,Shengqiu Zhao,Fanglin Wu,Hao Zhang,Liyan Zhu,Mingjuan Wu,Tian Tian,Haolin Tang
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
标识
DOI:10.1002/advs.202412862
摘要

Abstract Acidic seawater electrolysis offers significant advantages in high efficiency and sustainable hydrogen production. However, in situ electrolysis of acidic seawater remains a challenge. Herein, a stable and efficient catalyst (SPTTPAB/IrO 2 ) is developed by coating iridium oxide (IrO 2 ) with a microporous conjugated organic framework functionalized with sulfonate groups (‐SO 3 H) to tackle these challenges. The SPTTPAB/IrO 2 presents a ‐SO 3 H concentration of 5.62 × 10 −4 mol g −1 and micropore below 2 nm numbering 1.026 × 10 16 g −1 . Molecular dynamics simulations demonstrate that the conjugated organic framework blocked 98.62% of Cl − in seawater from reaching the catalyst. This structure combines electron conductivity from the organic framework and proton conductivity from ‐SO 3 H, weakens the Cl − adsorption, and suppresses metal‐chlorine coupling, thus enhancing the catalytic activity and selectivity. As a result, the overpotential for the oxygen evolution reaction (OER) is only 283 mV@10 mA cm −2 , with a Tafel slope of 16.33 mV dec −1 , which reduces 13.8% and 37.8% compared to commercial IrO 2 , respectively. Impressively, SPTTPAB/IrO 2 exhibits outstanding seawater electrolysis performance, with a 35.3% improvement over IrO 2 to 69 mA cm −2 @1.9 V, while the degradation rate (0.018 mA h −1 ) is only 24.6% of IrO 2 . This study offers an innovative solution for designing high‐performance seawater electrolysis electrocatalysts.

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