Multiscale Structural Engineering of a Multilayered Nanoarray Electrode Realizing Boosted and Sustained Oxygen Evolution Catalysis in Seawater Electrolysis

析氧 材料科学 化学工程 腐蚀 纳米片 无定形固体 分解水 阳极 纳米技术 电极 催化作用 电化学 冶金 化学 生物化学 光催化 工程类 物理化学 有机化学
作者
Ping Li,Shien Zhao,Yuqi Huang,Quhua Huang,Yuting Yang,Han Yang
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:13 (23): 15360-15374 被引量:83
标识
DOI:10.1021/acscatal.3c03573
摘要

Seawater electrolysis is promising for large-scale H2 production, yet it is bottlenecked by the lack of a high-performing anode with favorable activity, desirable selectivity toward the oxygen evolution reaction (OER), and strong resistance against chloride corrosion. Herein, we propose a multiscale structural engineering strategy to construct a multilayered heterostructured OER electrode with an amorphous FeOOH overlayer coated on the crystalline Mo-doped Co0.85Se nanosheet array aligned on 3D macroporous Ni foam. In such designed NF/(CoMo)0.85Se@FeOOH electrode, the integration of aliovalent Mo-doped conductive Co0.85Se with active yet nonconductive FeOOH into a crystalline–amorphous heterostructure, with a unique hierarchical sheet-on-sheet nanoarray configuration, can not only give rise to proliferated catalytic sites with enhanced intrinsic activity via electronic manipulation but also boost mass transfer on account of fascinating surface superhydrophilic and superaerophobic features. Impressively, the multilayered architecture comprising inherently anticorrosive (CoMo)0.85Se core and FeOOH shell, together with an in situ formed transition metal (oxy)hydroxide outmost layer enriched with polyatomic anions (MoOxn– and SeOxn–), can collectively contribute to commendable mechanical stability and chloride-corrosion resistance during harsh seawater oxidation. This work highlights a potent paradigm to construct a high-efficiency, corrosion-resistive, and OER-selective anode toward stable seawater electrolysis via ingenious systematical structural engineering.
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