Polyoxometalate electrocatalysts based on earth-abundant metals for efficient water oxidation in acidic media

化学 催化作用 多金属氧酸盐 过电位 无机化学 贵金属 氧化物 分解水 氧化态 碱土金属 过渡金属 金属 化学工程 光催化 电化学 有机化学 电极 物理化学 工程类
作者
Marta Blasco‐Ahicart,Joaquín Soriano‐López,Jorge J. Carbó,Josep M. Poblet,José Ramón Galán‐Mascarós
出处
期刊:Nature Chemistry [Springer Nature]
卷期号:10 (1): 24-30 被引量:492
标识
DOI:10.1038/nchem.2874
摘要

Water splitting is a promising approach to the efficient and cost-effective production of renewable fuels, but water oxidation remains a bottleneck in its technological development because it largely relies on noble-metal catalysts. Although inexpensive transition-metal oxides are competitive water oxidation catalysts in alkaline media, they cannot compete with noble metals in acidic media, in which hydrogen production is easier and faster. Here, we report a water oxidation catalyst based on earth-abundant metals that performs well in acidic conditions. Specifically, we report the enhanced catalytic activity of insoluble salts of polyoxometalates with caesium or barium counter-cations for oxygen evolution. In particular, the barium salt of a cobalt-phosphotungstate polyanion outperforms the state-of-the-art IrO2 catalyst even at pH < 1, with an overpotential of 189 mV at 1 mA cm–2. In addition, we find that a carbon-paste conducting support with a hydrocarbon binder can improve the stability of metal-oxide catalysts in acidic media by providing a hydrophobic environment. Electrochemical water oxidation in acidic media is a promising water-splitting technique, but typically requires noble metal catalysts. Now, two polyoxometalate salts based on earth-abundant metals have shown excellent catalytic performance for the oxygen evolution reaction. The barium salt of a cobalt-phosphotungstate polyanion outperformed the state-of-the-art IrO2 catalyst at pHs lower than 1.
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