亚3纳米高熵合金颗粒“助力”高效电解水制氢。
高熵合金三功能示意图。吉林大学供图
开发高效稳定的碱性析氢反应催化剂，对于推动阴离子交换膜电解槽的商业化应用至关重要。高熵合金凭借多元组分、可调控的电子结构和应变效应，有望协同优化水解离和H*吸附/结合，是一种极具潜力的碱性析氢反应催化剂。然而，现有高熵合金在工业级电流密度下的性能仍显不足，催化机理尚未明晰，且在实际器件中的应用探索也极为有限。
为解决上述问题，本研究采用0.5 s超快热冲击策略，成功将六元亚3纳米PtRuFeCoNiCu高熵合金颗粒负载于碳纤维纸上。该超小高熵合金纳米颗粒兼具高比表面积、高活性原子利用率、丰富的不饱和表面配位以及增强的多元素协同效应，显著提升了电化学活性。结合原位拉曼、原位红外及密度泛函理论计算，揭示了该高熵合金表面独特的解离-扩散-结合三重功能：富Ru区域加速水解离、FeCoNiCu区域优化H*扩散动力学、富Pt区域则促进H*高效结合。得益于上述优势，该材料在碱性介质中仅需31.4和102.5 mV的超低过电势即可分别达到-100和-1000 mA cm-2的电流密度。
在实际应用中，基于该材料构建的阴离子交换膜电解槽在1.94 V的电压下即可输出1000 mA cm-2的工业级电流密度，并可在此条件下稳定运行500h，为大规模制氢提供了极具潜力的技术方案。（来源：中国科学报 孙丹宁）
相关论文信息：https://doi.org/10.1002/adma.202508975
作者：蒋青等 来源：《先进材料》
