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Magnetically Enhanced Oxygen Evolution Reaction in Mild Alkaline Electrolytes by Building Catalysts on Magnetic Frame
Small ( IF 13.0 ) Pub Date : 2024-09-09 , DOI: 10.1002/smll.202405946 Ming-Hui Xie 1 , Hao-Tian Wang 1 , Xian-Jun Li 1 , Guo-Jun Han 1 , Yong-Qiang Yang 1 , Xin-Yue Shi 1 , Shi-Yi Lin 1 , Guo-Xing Miao 2 , Meng-Hao Yang 1 , Jing Fu 1
Small ( IF 13.0 ) Pub Date : 2024-09-09 , DOI: 10.1002/smll.202405946 Ming-Hui Xie 1 , Hao-Tian Wang 1 , Xian-Jun Li 1 , Guo-Jun Han 1 , Yong-Qiang Yang 1 , Xin-Yue Shi 1 , Shi-Yi Lin 1 , Guo-Xing Miao 2 , Meng-Hao Yang 1 , Jing Fu 1
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Under large current densities, the excessive hydroxide ion (OH) consumption hampers alkaline water splitting involving the oxygen evolution reaction (OER). High OH concentration (≈30 wt.%) is often used to enhance the catalytic activity of OER, but it also leads to higher corrosion in practical systems. To achieve higher catalytic activity in low OH concentration, catalysts on magnetic frame (CMF) are built to utilize the local magnetic convection induced from the host frame's magnetic field distributions. This way, a higher reaction rate can be achieved in relatively lower OH concentrations. A CMF model system with catalytically active CoFeOx nanograins grown on the magnetic Ni foam is demonstrated. The OER current of CoFeOx@NF receives ≈90% enhancement under 400 mT (900 mA cm−2 at 1.65 V) compared to that in zero field, and exhibits remarkable durability over 120 h. As a demonstration, the water-splitting performance sees a maximum 45% magnetic enhancement under 400 mT in 1 m KOH (700 mA cm−2 at 2.4 V), equivalent to the concentration enhancement of the same electrode in a more corrosive 2 m KOH electrolyte. Therefore, the catalyst-on-magnetic-frame strategy can make efficient use of the catalysts and achieve higher catalytic activity in low OH concentration by harvesting local magnetic convection.
中文翻译：
通过在磁框架上构建催化剂在弱碱性电解质中进行磁性增强析氧反应
在大电流密度下，过量的氢氧根离子 （OH） 消耗会阻碍涉及析氧反应 （OER） 的碱性水分解。高 OH 浓度 （≈30 wt.%） 通常用于增强 OER 的催化活性，但它也会导致实际系统中的更高腐蚀。为了在低 OH 浓度下实现更高的催化活性，磁框架上的催化剂 （CMF） 被构建为利用主机框架磁场分布引起的局部磁对流。这样，在相对较低的 OH 浓度下可以实现更高的反应速率。展示了在磁性 Ni 泡沫上生长的具有催化活性 CoFeOx 纳米颗粒的 CMF 模型系统。与零场相比，CoFeOx@NF 的 OER 电流在 400 mT（1.65 V 时为 900 mA-2）下提高了 ≈90%，并且在 120 小时内表现出显着的耐久性。作为演示，在 400 mT 下，1 m KOH（2.4 V 时为 700 mA cm-2）中，水分解性能的最大磁增强为 45%，相当于同一电极在腐蚀性更强的 2 m KOH 电解液中的浓度增强。因此，催化剂磁框策略可以有效利用催化剂，并通过收集局部磁对流在低 OH 浓度下实现更高的催化活性。
更新日期：2024-09-09
中文翻译：
通过在磁框架上构建催化剂在弱碱性电解质中进行磁性增强析氧反应
在大电流密度下，过量的氢氧根离子 （OH） 消耗会阻碍涉及析氧反应 （OER） 的碱性水分解。高 OH 浓度 （≈30 wt.%） 通常用于增强 OER 的催化活性，但它也会导致实际系统中的更高腐蚀。为了在低 OH 浓度下实现更高的催化活性，磁框架上的催化剂 （CMF） 被构建为利用主机框架磁场分布引起的局部磁对流。这样，在相对较低的 OH 浓度下可以实现更高的反应速率。展示了在磁性 Ni 泡沫上生长的具有催化活性 CoFeOx 纳米颗粒的 CMF 模型系统。与零场相比，CoFeOx@NF 的 OER 电流在 400 mT（1.65 V 时为 900 mA-2）下提高了 ≈90%，并且在 120 小时内表现出显着的耐久性。作为演示，在 400 mT 下，1 m KOH（2.4 V 时为 700 mA cm-2）中，水分解性能的最大磁增强为 45%，相当于同一电极在腐蚀性更强的 2 m KOH 电解液中的浓度增强。因此，催化剂磁框策略可以有效利用催化剂，并通过收集局部磁对流在低 OH 浓度下实现更高的催化活性。
京公网安备 11010802027423号