​任志锋/陈硕EES: 电化学重构立大功！实现高效碱性淡水和海水电解

电化学重构是制备高活性析氧反应(OER)催化剂的有效方法。利用电化学重构来制造基于析氢反应(HER)的具有OER活性的催化剂，可以开发同时具有最先进的HER和OER活性的双功能催化剂。

近日，休斯顿大学任志锋和陈硕等成功地在泡沫镍上合成了铁掺杂的Ni&Ni_0.2Mo_0.8N(Fe_0.01-Ni&Ni_0.2Mo_0.8N)，经过快速电化学重构后，Fe_0.01-Ni&Ni_0.2Mo_0.8N化合物被重建为Fe和Mo共掺杂的NiO(Fe_0.01&Mo-NiO)，该催化剂能够高效催化碱性水/海水分解。

进一步研究表明，Fe_x-Ni&Ni_0.2Mo_0.8N在阳极电位高于0.6 V_RHE的情况下经历了快速的电化学重建，在重建过程中，大部分Mo迅速浸入碱性电解质中，其Ni和Fe分别被氧化为+2和+3价。并且仅在1次CV扫描中，Fe_x-Ni&Ni_0.2Mo_0.8N被不可逆地重建为与Fe和Mo共掺杂的NiO(Fe_x&Mo-NiO)。重建的Fe_x&Mo-NiO还表现出高的OER活性，与迄今为止报道的最有效的OER催化剂相当，即Fe_x-Ni&Ni_0.2Mo_0.8N具有较高的内在活性，并具有优异的整体水分解性能。

此外，研究人员对碱性海水电解进行了系统研究，组装的Fe_0.01-Ni&Ni_0.2Mo_0.8N||Fe_0.01&Mo-NiO电解槽在海水电解方面表现出创纪录的高性能，在1.7 V时达到了688 mA cm^-2的电流密度；准工业条件下的进一步实验(6 M KOH+海水，60 °C)表明，电解槽在1.562 V的极低电压下提供1000 mA cm^-2的电流密度，仅比相同条件下淡水分解所需的电压高1.49%。

电解槽的稳定性测试表明，它在恶劣的工业条件下表现出超过80小时的良好耐久性。该项研究展现了Fe_x-Ni&Ni_0.2Mo_0.8N在工业条件下具有良好的海水整体分解能力，显示出该催化剂在海水电解工业的广阔应用前景。

Boosting Efficient Alkaline Fresh Water and Seawater Electrolysis via Electrochemical Reconstruction. Energy & Environmental Science, 2022. DOI: 10.1039/D2EE01094A