研究背景
水电解作为一种生产纯氢的方法引起了极大的兴趣。目前，该技术需要低杂质浓度的水，如去离子水作为原料。因此，未来大规模的氢气生产将需要大量的淡水资源。直接海水电解（DSE）为解决水资源短缺提供了一种有前途的替代方案。然而，由于海水的复杂组成，包括杂质离子、微生物和沉淀物，DSE面临着挑战，这些杂质离子、微生物和沉淀物会阻塞活性位点，影响催化剂的性能。在阳极上，Cl−氧化反应（ClOR）与析氧反应（OER）因其相似的热力学平衡势和更快的动力学而相互竞争。此外，在碱性环境中产生的ClO−会对整个电解槽造成严重的腐蚀。此外，析氢反应（HER）和OER的动力学是缓慢的。为了促进DSE，大多数研究都集中在催化剂设计上，这些催化剂在碱性海水中以低于480 mV过电位的小电流密度工作，从而避免氯氧化。然而，为了满足商业需求，需实现500 mA cm-2以上的工业级电流密度，这通常需要更高的过电位。因此，为HER和OER开发高性能双功能电催化剂对于克服这些挑战并实现DSE的实际应用至关重要。
本文要点
1. 报道了具有强金属-载体相互作用（MSI）的Os-Ni4Mo/MoO2微阵列作为海水电解双功能电催化剂。微阵列结构增强了电子和质子传递，延长了催化反应步骤，提高了海水电解效率。
2. 理论和实验研究表明，Os与Ni4Mo/MoO2之间的强MSI优化了催化剂的表面电子结构，降低了反应势垒，从而提高了催化活性。重要的是，通过强的Os-Cl吸附和原位形成的MoO42−层构建了双重Cl-排斥层，以保护活性位点在海水氧化过程中不受Cl-攻击。
图文内容
Figure 1. Optimized configurations of the Os/MoO2 and Os/Ni4Mo interfaces derived from first-principle calculations.
Figure 4. Catalytic performance in alkaline seawater.
文献信息
Dong Liu, Lei Wang*, Haoqiang Ai*, Zhenbo Wang* et al. Efficient and Ultrastable Seawater Electrolysis at Industrial Current Density with Strong Metal-Support Interaction and Dual Cl−-Repelling Layers. Adv. Mater. 2024.
DOI：10.1002/adma.202408982
https://doi.org/10.1002/adma.202408982
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