1月15日從昆明理工大學(xué)獲悉，該校非常規(guī)冶金團隊與伊比利亞國際納米科技實驗室、香港理工大學(xué)、中國科學(xué)院上海高等研究院等合作，在高穩(wěn)定性析氧催化劑構(gòu)筑方面取得重要進展。相關(guān)成果發(fā)表于國際期刊《先進材料》。
析氧反應(yīng)是電解水的半反應(yīng)之一，具有復(fù)雜的四電子轉(zhuǎn)移過程，是限制電解水綠色制氫整體能量效率的瓶頸。電解水過程效率的提高，有賴于高效析氧催化劑的構(gòu)筑。但在苛刻的工業(yè)條件下，獲得高度穩(wěn)定析氧反應(yīng)電催化劑仍是極大的挑戰(zhàn)。在這項最新研究中，昆明理工大學(xué)非常規(guī)冶金團隊張利波教授、胡覺教授等人，就非貴金屬高熵合金和高熵氧化物——鐵鈷鎳錳鉻五元異質(zhì)結(jié)構(gòu)進行原位重構(gòu)，從而在工業(yè)條件下實現(xiàn)了高度穩(wěn)定析氧。
基于這種非貴金屬高熵合金和高熵氧化物的異質(zhì)結(jié)構(gòu)，金屬顆粒可通過與高熵氧化物的強相互作用在析氧反應(yīng)電催化過程中獲得穩(wěn)定。此外，由于與鄰近高熵氧化物存在排斥作用，含氧中間產(chǎn)物在活性金屬位點上的強結(jié)合力在很大程度上被削弱，從而改善了析氧反應(yīng)動力學(xué)，提高了非貴金屬高熵合金和高熵氧化物催化劑的穩(wěn)定性。
該催化劑是通過早期過渡金屬誘導(dǎo)的非貴金屬高熵合金原位相變合成的，其相變激發(fā)了暴露在催化劑表面的大量活性非貴金屬高熵合金和高熵氧化物界面，從而加速了析氧反應(yīng)過程。憑借這種獨特策略，研究團隊制備的這種五元異質(zhì)催化劑，在100毫安/平方厘米電流密度下，100小時后顯示出247毫伏的超低過電位。即便工業(yè)條件苛刻，該催化劑在500毫安/平方厘米電流密度下保持500小時后，活性損失幾乎可以忽略不計，具有出色的長期穩(wěn)定性。
研究顯示，高熵氧化物的形成誘導(dǎo)了軌道位錯效應(yīng)，不僅提供了高電活性的位點，而且促進了位點間的電子轉(zhuǎn)移，增強了電活性，實現(xiàn)了高效持久析氧反應(yīng)。這為設(shè)計基于非貴金屬高熵合金的精細(xì)異質(zhì)結(jié)構(gòu)提供了思路，同時為構(gòu)筑高效、穩(wěn)定的工業(yè)電解水催化劑提供了新視角。
