Sequential oxygen evolution and decoupled water splitting via electrochemical redox reaction of nickel hydroxides

析氧 氧化还原 分解水 电化学 氧气 无机化学 化学 化学工程 材料科学 电极 催化作用 冶金 生物化学 物理化学 有机化学 光催化 工程类
作者
Jie Wei,Yangfan Shao,Jingbo Xu,Fang Yin,Zejian Li,Haitao Qian,Yinping Wei,Liang Chang,Yu Han,Jia Li,Lin Gan
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:15 (1) 被引量:1
标识
DOI:10.1038/s41467-024-53310-5
摘要

Alkaline water electrolysis is a promising low-cost strategy for clean and sustainable hydrogen production but is largely limited by the sluggish anodic oxygen evolution reaction and the challenges in maintaining adequate separation between H2 and O2. Here, we reveal an anodic-cathodic sequential oxygen evolution process via electrochemical oxidation and subsequent reduction of Ni hydroxides, enabling much lower overpotentials than conventional anodic oxygen evolution. By using (isotope-labeled) differential electrochemical mass spectrometry and in situ Raman spectroscopy combined with density functional theory calculations, we evidence that the sequential oxygen evolution originates from the electrochemical oxidation of Ni hydroxides to NiOO– active species while undergoing a different, reductive step of NiOO– for the final release of O2 due to weakened Ni–O covalency. Based on this sequential process, we propose and demonstrate a hybrid water electrolysis and energy storage device, which enables time-decoupled hydrogen and oxygen evolution and electrochemical energy storage in the Ni hydroxides. The authors report a sequential oxygen evolution process via electrochemical oxidation and reduction of Ni hydroxides, allowing for decoupled oxygen evolution and hydrogen evolution during water splitting and energy storage in the Ni hydroxides.
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