利用可再生清洁能源规模化电解水制氢是未来氢能经济发展的基石。低成本高性能水氧化电催化剂是决定电解水制氢效率和经济性的关键因素。目前,镍和钴通常是高效水氧化催化剂必不可少的组分。虽然铁元素比镍与钴储量丰富,价格低廉得多,但铁基催化剂水氧化性能远低于镍与钴基材料。如何提升铁基催化剂水氧化性能具有重要科学与实践意义。
该封面论文首先借助理论计算揭示非金属Se掺杂会显著提升全铁基FeOOH催化剂的电化学水氧化催化活性。基于此,发展了简单的原位电化学活化策略,制备出了低成本、高活性和稳定性的富铁水氧化电催化剂,表现出与目前最佳富镍和富钴催化剂相当的电催化性能:在500 mA cm-2工业需求电流密度下过电位仅为348 mV;进一步将该富铁水氧化电极应用于实际太阳能驱动的电解水系统中,实现了18.55%的太阳能到氢气的转化效率。这一策略可能为开发新的地壳含量丰富、经济、高效的电解水催化剂开辟了新的途径。相关论文发表后(J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 17, 7005–7013,ESI高被引论文)受到广泛关注,目前他引120余次。
Develops an iron-based material for oxygen evolution reaction, showing that common metals can provide high-performance catalysis at a low cost.
中国科学院化学研究所
Institute of Chemistry, Chinese Academy of Sciences
Se-Doping Activates FeOOH for Cost-Effective and Efficient Electrochemical Water Oxidation
2019, Vol. 141, No. 17, 7005-7013
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b01214