Nanoporous Nickel Cathode with an Electrostatic Chlorine-Resistant Surface for Industrial Seawater Electrolysis Hydrogen Production

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作者
Jing Wang,Yanqi Li,Tian Xu,Jie Zheng,Kaiwen Xiao,Bingbing Sun,Ming Ge,Xiaolei Yuan,Chenggang Zhou,Zhao Cai
出处
期刊:Inorganic Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:63 (13): 5773-5778 被引量:5
标识
DOI:10.1021/acs.inorgchem.4c00392
摘要

Seawater electrolysis presents a promising avenue for green hydrogen production toward a carbon-free society. However, the electrode materials face significant challenges including severe chlorine-induced corrosion and high reaction overpotential, resulting in low energy conversion efficiency and low current density operation. Herein, we put forward a nanoporous nickel (npNi) cathode with high chlorine corrosion resistance for energy-efficient seawater electrolysis at industrial current densities (0.4–1 A cm–2). With the merits of an electrostatic chlorine-resistant surface, modulated Ni active sites, and a robust three-dimensional open structure, the npNi electrode showed a low hydrogen evolution reaction overpotential of 310 mV and a high electricity–hydrogen conversion efficiency of 59.7% at 400 mA cm–2 in real seawater and outperformed most Ni-based seawater electrolysis cathodes in recent publications and the commercial Ni foam electrode (459 mV, 46.4%) under the same test condition. In situ electrochemical impedance spectroscopy, high-frame-rate optical microscopy, and first-principles calculation revealed that the improved corrosion resistance, enhanced intrinsic activity, and mass transfer were responsible for the lowered electrocatalytic overpotential and enhanced energy efficiency.
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