電催化水分解是一種綠色且可持續(xù)的制氫手段。然而，水分解技術(shù)的廣泛應(yīng)用將導(dǎo)致淡水的大量消耗，而這無疑增加了制氫的成本。最近，通過海水電解實現(xiàn)H₂生產(chǎn)吸引了人們的注意，越來越多的研究工作正在推動這項技術(shù)更接近實際應(yīng)用。值得注意的是，海水中氯離子(Cl^?)及其衍生物(如次氯酸鹽)在海水氧化過程中都會不斷和積極地腐蝕電極，導(dǎo)致催化劑快速失活。堿性海水使OER的熱力學勢比氯離子的熱力學勢低約480 mV，這意味著足夠高的水氧化活性可以直接限制Cl^?轉(zhuǎn)化為活性氯衍生物的轉(zhuǎn)化。

然而，在大電流下，大多數(shù)OER催化劑在堿性海水中的過電位超過了480 mV，這不利于實現(xiàn)工業(yè)級海水電解產(chǎn)氫。因此，探索能夠在工業(yè)級電流密度下維持高OER活性并很好地抑制氯相關(guān)反應(yīng)的催化劑是推動海水電解實際應(yīng)用的關(guān)鍵。

近日，山東師范大學唐波、孫旭平、東南大學鞏峰和電子科技大學王焱等報道了一種自適應(yīng)催化劑((NiFe)C₂O₄/NF)，可以實現(xiàn)原位碳氧陰離子自轉(zhuǎn)化(COST，從C₂O₂^2?到CO₃^2?)，以抑制材料吸附Cl^?。

原位/非原位光譜研究表明，(NiFe)C₂O₄/NF的COST誘導(dǎo)催化劑表面優(yōu)先吸附自釋放的CO₃^2?，有效地排斥Cl^?。同時，在長期堿性海水氧化(ASO)過程中，這種自發(fā)COST相對穩(wěn)定：CO₃^2?/C₂O₂^2?比值(從300到600小時)和C₂O₂^2?與CO₃^2?與總碳的比例波動較小。更重要的是，這種COST還加速了材料轉(zhuǎn)化為無序的NiOOH，在保證材料不受Cl^?腐蝕的同時，促進了OER活性。

因此，所制備的(NiFe)C₂O₄/NF催化劑對ASO表現(xiàn)出優(yōu)異的活性，在1 A cm^?2電流密度下的過電位僅為349 mV，優(yōu)于大多數(shù)以前報道的催化劑。此外，(NiFe)C₂O₄/NF在1 A cm^?2電流密度下連續(xù)運行600小時，活性衰減可忽略不計。

值得注意的是，在不對稱堿性海水PEM系統(tǒng)中，(NiFe)C₂O₄/NF產(chǎn)生的H₂的法拉第效率約為100%，顯示出巨大的實際應(yīng)用潛力?？偟膩碚f，該項研究不僅提供了一種有效的催化劑表面設(shè)計理念，并為在電解堿性海水-H₂轉(zhuǎn)化系統(tǒng)中保護Ni基催化劑高價態(tài)金屬活性位點(延長壽命)提供了思路。

Carbon oxyanion self-transformation on NiFe oxalates enables long-term ampere-level current density seawater oxidation. Angewandte Chemie International Edition, 2023. DOI: 10.1002/anie.202316522