张利波团队在高稳定性析氧催化剂结构原位重构方面取得重要研究进展

发布时间: 2024-01-29 17:12:51 浏览次数 : 185 来源:昆明理工大学

在苛刻的工业条件下获得高度稳定的析氧反应(OER)电催化剂仍然极具挑战。近日，昆明理工大学非常规冶金团队的张利波教授、胡觉教授在高稳定性析氧催化剂结构原位重构方面取得重要研究进展，相关成果以“In‐situ Reconstruction of High‐Entropy Heterostructure Catalysts for Stable Oxygen Evolution Electrocatalysis Under Industrial Conditions”为题，发表在国际顶级学术期刊Advanced Materials。

该研究报道了非贵金属高熵合金和高熵氧化物（HEA-HEO）FeCoNiMnCr异质结构的成功原位重构，从而在工业条件下实现高度稳定的析氧。由于这种HEA-HEO异质结构，金属颗粒可以通过与HEO的强相互作用在OER电催化过程中得到稳定。此外，由于与邻近HEO上的氧化物物种存在排斥作用，含氧中间产物在活性金属位点上的强结合力在很大程度上被削弱，从而改善了OER动力学，同时提高了HEA-HEO催化剂的稳定性。HEA-HEO异质催化剂是通过早期过渡金属诱导的HEA原位相变合成的，这种相变激发了暴露在催化剂表面的大量活性HEA-HEO界面，从而加速了OER过程。凭借这种独特策略，所制备的FeCoNiMnCr HEA-HEO异质催化剂在100mA/cm2下100小时后显示出247mV的超低过电位，并且在苛刻的工业条件（6M KOH和85°C）下，在500mA/cm2下保持500小时后，活性损失几乎可以忽略不计，具有出色的长期稳定性。密度泛函理论DFT计算显示，HEO的形成诱导了轨道位错效应，这不仅提供了高电活性的活性位点，而且促进了位点间的电子转移，从而为OER过程提供了合适的中间结合强度。HEO的形成打破了强烈的3d轨道重叠效应，提高了活性位点的d带中心，从而增强了电活性，实现了高效持久OER。该研究工作为设计基于HEA的精细异质结构提供了灵感，为构筑高效、稳定的工业电解水催化剂提供新的视角。

该研究工作由昆明理工大学与伊比利亚国际纳米科技实验室、香港理工大学、中国科学院上海高等研究院等合作完成，昆明理工大学为第一单位。该研究得到了国家自然科学基金等项目资助。