由於高熵合金具有優異的性質,因此受到催化領域的廣泛關注,但是很少有相關研究關注高熵合金材料具有優異性能的原因、以及高熵合金材料的催化活性位點。有鑑於此,江南大學朱罕等報道設計具有各種不同中間體吸附物種能力催化活性位點的FeCoNiXRu (X: Cu, Cr, Mn)高熵合金材料。發現高熵合金材料中不同電負性的元素導致顯著的電荷重新分布,而且高熵合金中形成具有能夠同時穩定OH*和H*兩種中間體的Co、Ru催化位點,因此顯著改善了鹼性電解液分解水性能。要點1.在靜電紡絲碳纖維上合成高熵合金,原位表徵結果顯示,合成高熵合金的過程基於熱動力學驅動的相變。這種高熵合金材料在鹼性分解水反應中表現了與位點電負性有關的中間體吸附作用,能夠改善H2O解離生成的OH*和H*中間體吸附,改善生成H2步驟。在FeCoNiMnRu高熵合金催化劑中,Co位點的活性最高,水分子解離的能壘最低(0.34 eV);隨後H*吸附/脫附步驟,H*從Co位點脫附隨後吸附在Ru位點,因此實現了最低的ΔGH*為-0.07 eV。
要點2.FeCoNiMnRu/CNF電催化劑在1 M KOH鹼性電解液的分解水HER、OER達到100 mA cm-2電流密度分別為71 mV和308 mV,構建雙電極全分解水僅僅需要1.65 V,能夠在1 A cm-2電流密度實現穩定600 h工作。本文研究有助於深入理解催化活性位點和中間體之間的相互作用,為多步驟催化反應打破標度關係提供設計經驗。Hao, J., Zhuang, Z., Cao, K. et al. Unraveling the electronegativity-dominated intermediate adsorption on high-entropy alloy electrocatalysts. Nat Commun 13, 2662 (2022)DOI: 10.1038/s41467-022-30379-4https://www.nature.com/articles/s41467-022-30379-4加微信群方式:添加編輯微信18065920782,備註:姓名-單位-研究方向(無備註請恕不通過),由編輯審核後邀請入群。原位XPS、原位XRD、原位Raman、原位FTIR