Published August 1, 2023
| Version v1
Publication
Sulfide interlayered cobalt-based oxynitrides for efficient oxygen evolution reaction in neutral pH water and seawater
Creators
- 1. Texas A&M University at Qatar
- 2. University of Toronto
- 3. International Center for Chemical and Biological Sciences
- 4. University of Karachi
- 5. Shell (Qatar)
Description
Sluggish kinetics of the anodic oxygen evolution reaction (OER) and minor upstream upsets in feed water quality remain bottlenecks for efficient water electrolysis, which is exacerbated under near-neutral pH environments due to H2O dissociation. In this work, we report the introduction of a NiSx interlayer in a Co-(NiFe) oxide/nitride catalyst on nickel foam substrate. Postmortem OER characterization in neutral pH synthetic seawater (SSW) shows that stable cationic [Co-(NiFe)]δ+ and anionic [O-N]δ– surface species coupled with the NiSx interlayer accelerate H2O dissociation, thereby enhancing activity and kinetics. The electrocatalysts exhibit stable performance at 100 mA cm−2 for 50 h in alkaline and neutral pH SSW with 350 and 425 mV of overpotential, respectively. The faradaic efficiency of the NiSx interlayer catalysts is enhanced by 10.3% and 8.5% achieving 94.5% and 87.4% under alkaline and neutral pH SSW, respectively, during chronoamperometry tests at a high applied voltage of 1.75 V (vs. RHE).
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
لا تزال الحركيات البطيئة لتفاعل تطور الأكسجين الأنودي (OER) والاضطرابات الصاعدة الطفيفة في جودة مياه التغذية بمثابة اختناقات للتحليل الكهربائي الفعال للمياه، والتي تتفاقم في ظل بيئات الأس الهيدروجيني شبه المحايدة بسبب تفكك H2O. في هذا العمل، نبلغ عن إدخال طبقة بينية NiSx في محفز أكسيد/نيتريد Co - (NiFe) على ركيزة رغوة النيكل. يُظهر توصيف الموارد التعليمية المفتوحة بعد الوفاة في مياه البحر الاصطناعية ذات الأس الهيدروجيني المحايد (SSW) أن الأنواع المستقرة [Co-( NiFe)]δ+ والأنيونية [O - N]δ - السطحية المقترنة بالطبقة البينية NiSx تسرع تفكك H2O، وبالتالي تعزز النشاط والحركية. تُظهر المحفزات الكهربائية أداءً مستقرًا عند 100 مللي أمبير سم−2 لمدة 50 ساعة في درجة الحموضة القلوية والمحايدة SSW مع 350 و 425 مللي فولت من الجهد الزائد، على التوالي. تتعزز الكفاءة الفرادية للمحفزات البينية NiSx بنسبة 10.3 ٪ و 8.5 ٪ مما يحقق 94.5 ٪ و 87.4 ٪ تحت درجة الحموضة القلوية والمحايدة SSW، على التوالي، أثناء اختبارات قياس ضغط الدم الزمني بجهد تطبيق عالٍ يبلغ 1.75 فولت (مقابل RHE).Translated Description (French)
La cinétique lente de la réaction anodique d'évolution de l'oxygène (REL) et les perturbations mineures en amont de la qualité de l'eau d'alimentation restent des goulots d'étranglement pour une électrolyse efficace de l'eau, qui est exacerbée dans des environnements à pH presque neutre en raison de la dissociation de H2O. Dans ce travail, nous rapportons l'introduction d'une couche intermédiaire NiSx dans un catalyseur oxyde/nitrure Co-(NiFe) sur un substrat en mousse de nickel. La caractérisation des REL post mortem dans l'eau de mer synthétique à pH neutre (SSW) montre que les espèces de surface cationiques [Co-(NiFe)]δ+ et anioniques [O-N]δ– stables couplées à l'intercouche NiSx accélèrent la dissociation de H2O, améliorant ainsi l'activité et la cinétique. Les électrocatalyseurs présentent des performances stables à 100 mA cm−2 pendant 50 h dans un pH alcalin et neutre SSW avec 350 et 425 mV de surpotentiel, respectivement. L'efficacité faradique des catalyseurs intercouches NiSx est améliorée de 10,3 % et 8,5 %, atteignant 94,5 % et 87,4 % sous pH alcalin et neutre SSW, respectivement, lors des tests de chronoampérométrie à une tension appliquée élevée de 1,75 V (vs RHE).Translated Description (Spanish)
La cinética lenta de la reacción anódica de evolución de oxígeno (rea) y los trastornos menores aguas arriba en la calidad del agua de alimentación siguen siendo cuellos de botella para la electrólisis eficiente del agua, que se exacerba en entornos de pH casi neutro debido a la disociación de H2O. En este trabajo, informamos sobre la introducción de una capa intermedia de NiSx en un catalizador de óxido/nitruro de Co-(NiFe) sobre un sustrato de espuma de níquel. La caracterización postmortem de rea en agua de mar sintética de pH neutro (SSW) muestra que las especies de superficie catiónicas estables [Co-(NiFe)]δ+ y aniónicas [O-N]δ– acopladas con la capa intermedia de NiSx aceleran la disociación de H2O, mejorando así la actividad y la cinética. Los electrocatalizadores exhiben un rendimiento estable a 100 mA cm−2 durante 50 h en pH alcalino y neutro SSW con 350 y 425 mV de sobrepotencial, respectivamente. La eficiencia faradaica de los catalizadores intercalares de NiSx se mejora en un 10,3% y un 8,5% logrando un 94,5% y un 87,4% bajo pH alcalino y neutro SSW, respectivamente, durante las pruebas de cronoamperometría a un alto voltaje aplicado de 1,75 V (frente a RHE).Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- أوكسينيتريدات الكوبالت المتداخلة الكبريتيد لتفاعل تطور الأكسجين الفعال في ماء الأس الهيدروجيني المحايد ومياه البحر
- Translated title (French)
- Oxynitrures à base de cobalt à couches intermédiaires de sulfure pour une réaction efficace de dégagement d'oxygène dans l'eau à pH neutre et l'eau de mer
- Translated title (Spanish)
- Oxinitruros a base de cobalto intercalados de sulfuro para una reacción eficiente de desprendimiento de oxígeno en agua de pH neutro y agua de mar
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4323929030
- DOI
- 10.1016/j.apcatb.2023.122599
References
- https://openalex.org/W1587910200
- https://openalex.org/W1798299254
- https://openalex.org/W1960518438
- https://openalex.org/W2187632590
- https://openalex.org/W2304799491
- https://openalex.org/W2415669785
- https://openalex.org/W2541538724
- https://openalex.org/W2750284817
- https://openalex.org/W2886161320
- https://openalex.org/W2894870637
- https://openalex.org/W2896654030
- https://openalex.org/W2898491711
- https://openalex.org/W2902099111
- https://openalex.org/W2910472267
- https://openalex.org/W2922256802
- https://openalex.org/W2934043659
- https://openalex.org/W2948526196
- https://openalex.org/W2951547123
- https://openalex.org/W2954240577
- https://openalex.org/W2970319046
- https://openalex.org/W2980553510
- https://openalex.org/W2980751503
- https://openalex.org/W2989011156
- https://openalex.org/W2992272344
- https://openalex.org/W2996336114
- https://openalex.org/W2997705413
- https://openalex.org/W3005830493
- https://openalex.org/W3017461436
- https://openalex.org/W3088463723
- https://openalex.org/W3092832375
- https://openalex.org/W3093020180
- https://openalex.org/W3094958767
- https://openalex.org/W3095071707
- https://openalex.org/W3097203728
- https://openalex.org/W3097296425
- https://openalex.org/W3097405972
- https://openalex.org/W3098950522
- https://openalex.org/W3120641539
- https://openalex.org/W3122483349
- https://openalex.org/W3124390692
- https://openalex.org/W3133859464
- https://openalex.org/W3137284233
- https://openalex.org/W3158357268
- https://openalex.org/W3162055139
- https://openalex.org/W3168464036
- https://openalex.org/W3169235350
- https://openalex.org/W3182769379
- https://openalex.org/W3194029873
- https://openalex.org/W3195246978
- https://openalex.org/W3210869051
- https://openalex.org/W4206665641
- https://openalex.org/W4211233643
- https://openalex.org/W4214513406
- https://openalex.org/W4214583464
- https://openalex.org/W4220844643
- https://openalex.org/W4281387901
- https://openalex.org/W4281632585
- https://openalex.org/W4376596392