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海水电解不仅为生产清洁氢燃料提供了一种有前途的方法,而且还缓解了淡水供应的瓶颈。基于此,山东大学陈代荣教授和夏玉国博士(共同通讯作者)等人报道了通过溶胶-凝胶法开发的一种大规模制备铱单原子(Ir-SAs)固定的尖晶石NixMn3-xO4固溶体的新策略。
得益于立方尖晶石NiMn2O4和Ni2MnO4的结构相似性,作者认为通过制备NixMn3-xO4固溶体可以实现调整NiMn基氧化物的析氧反应(OER)活性。此外,通过溶胶-凝胶法大量生产NixMn3-xO4在实验上是可行的。
作者在海水电解槽中采用立方尖晶石NixMn3-xO4固溶体,表现出优异的抗氯氧化性。同时,将Ir单原子引入到NixMn3-xO4中,以进一步提高内在OER性能并增加活性位点的数量,从而减轻可能的不溶性沉淀物的影响。
实验测试发现,得益于表面暴露的Ir-SAs,Ir1/Ni1.6Mn1.4O4显示出增强的OER性能,在碱性海水中的电流密度为和mAcm-2时实现了和mV的过电位。在工业操作条件下,组装Ir1/Ni1.6Mn1.4O4Pt/C电极对只需1.50V的电池电压,电流密度即可达到mAcm-2。
实验表征和理论计算突出了Ir-SAs对提高内在OER活性和促进表面电荷转移动力学的影响,并证明了在Ir1/Ni1.6Mn1.4O4中能量稳定的*OOH和不稳定的氯离子吸附。该工作展示了一种大规模生产高效碱性海水电催化剂的有效方法。
Large-ScaleSynthesisofSpinelNixMn3-xO4SolidSolutionImmobilizedwithIridiumSingleAtomsforEfficientAlkalineSeawaterElectrolysis.Adv.Sci.,,DOI:10.2/advs.202529.