Boosting Oxygen Evolution Reaction of (Fe,Ni)OOH via Defect Engineering for Anion Exchange Membrane Water Electrolysis Under Industrial Conditions

电解 材料科学 化学工程 Boosting(机器学习) 析氧 电解水 氧气 离子交换 无机化学 电化学 离子 电极 化学 电解质 有机化学 物理化学 机器学习 工程类 生物化学 计算机科学
作者
Libo Wu,Minghui Ning,Xinxin Xing,Yu Wang,Fanghao Zhang,Guanhui Gao,Shaowei Song,Dezhi Wang,Chuqing Yuan,Luo Yu,Jiming Bao,Shuo Chen,Zhifeng Ren
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:35 (44) 被引量:104
标识
DOI:10.1002/adma.202306097
摘要

Developing non-precious catalysts with long-term catalytic durability and structural stability under industrial conditions is the key to practical alkaline anion exchange membrane (AEM) water electrolysis. Here, an energy-saving approach is proposed to synthesize defect-rich iron nickel oxyhydroxide for stability and efficiency toward the oxygen evolution reaction. Benefiting from in situ cation exchange, the nanosheet-nanoflake-structured catalyst is homogeneously embedded in, and tightly bonded to, its substrate, making it ultrastable at high current densities. Experimental and theoretical calculation results reveal that the introduction of Ni in FeOOH reduces the activation energy barrier for the catalytic reaction and that the purposely created oxygen defects not only ensure the exposure of active sites and maximize the effective catalyst surface but also modulate the local coordination environment and chemisorption properties of both Fe and Ni sites, thus lowering the energy barrier from *O to *OOH. Consequently, the optimized d-(Fe,Ni)OOH catalyst exhibits outstanding catalytic activity with long-term durability under both laboratory and industrial conditions. The large-area d-(Fe,Ni)OOH||NiMoN pair requires 1.795 V to reach a current density of 500 mA cm-2 at an absolute current of 12.5 A in an AEM electrolyzer for overall water electrolysis, showing great potential for industrial water electrolysis.
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