The Influence of Ions on the Electrochemical Stability of Aqueous Electrolytes

电化学 电解质 离子 水溶液 化学工程 化学 无机化学 材料科学 电极 物理化学 有机化学 工程类
作者
Yiming Sui,Alexis M. Scida,Bo Li,Cheng Chen,Yanke Fu,Yanzhao Fang,P. Alex Greaney,Thomas M. Osborn Popp,De‐en Jiang,Chong Fang,Xiulei Ji
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:63 (19) 被引量:5
标识
DOI:10.1002/anie.202401555
摘要

Abstract The electrochemical stability window of water is known to vary with the type and concentration of dissolved salts. However, the underlying influence of ions on the thermodynamic stability of aqueous solutions has not been fully understood. Here, we investigated the electrolytic behaviors of aqueous electrolytes as a function of different ions. Our findings indicate that ions with high ionic potentials, i.e., charge density, promote the formation of their respective hydration structures, enhancing electrolytic reactions via an inductive effect, particularly for small cations. Conversely, ions with lower ionic potentials increase the proportion of free water molecules—those not engaged in hydration shells or hydrogen‐bonding networks—leading to greater electrolytic stability. Furthermore, we observe that the chemical environment created by bulky ions with lower ionic potentials impedes electrolytic reactions by frustrating the solvation of protons and hydroxide ions, the products of oxygen evolution reaction (OER) and hydrogen evolution reaction (HER), respectively. We found that the solvation of protons plays a more substantial role than that of hydroxide, which explains a greater shift for OER than for HER, a puzzle that cannot be rationalized by the notion of varying O−H bond strengths of water. These insights will help the design of aqueous systems.
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