Katalis OER NiFe yang dimodifikasi dengan Zwitterion Mencapai Elektrolisis Air Membran Pertukaran Anion yang Sangat Stabil melalui Rekayasa Mikrolingkungan Alkali Dinamis

Abstrak
Pengembangan elektrokatalis logam nonmulia yang efisien untuk elektrolisis air membran pertukaran anion industri (AEM-WE) masih menjadi tantangan, terutama karena transfer OH– yang lambat dari membran pertukaran anion (AEM) ke lokasi katalitik, yang menyebabkan akumulasi H+ dan penurunan kinerja. Di sini, kami mengembangkan katalis NiFe yang dimodifikasi zwitterion (z-NiFe) melalui perendaman gradien, memfasilitasi transfer OH– yang cepat melintasi antarmuka AEM-elektrokatalis, yang secara efektif menetralkan H+ yang dihasilkan dan meningkatkan kinerja katalitik. Spektroskopi Raman in-situ dan pengukuran konduktivitas OH− mengungkapkan lingkungan permukaan yang diperkaya alkali, yang menghambat korosi kimia yang disebabkan oleh akumulasi H+ dan meningkatkan kinerja oksidasi air. Analisis teori fungsi densitas (DFT) menunjukkan bahwa zwitterion menstabilkan oksigen yang diserap selama katalisis, dan mengurangi potensi berlebih dari reaksi evolusi oksigen (OER). z-NiFe menunjukkan kemiringan Tafel yang sangat rendah (28,5 mV dec−1) dan aktivitas tinggi (potensial berlebih 190 mV pada 1.000 mA cm−2) dalam 1 M KOH. Saat diintegrasikan ke dalam sistem AEM-WE, perangkat AEM-WE yang dikatalisis z-NiFe menunjukkan tegangan sel rendah sebesar 1,76 V pada 1.000 mA cm−2 dan ketahanan yang memecahkan rekor selama lebih dari 14.000 jam, dengan laju penurunan tegangan sebesar 12,3 μV jam−1, yang merupakan kemajuan signifikan dalam teknologi AEM-WE.