中南大学&湖师大CEJ：高熵双功能纳米催化剂调整O空位高效全水解

高熵材料（HEMs）由于其多元素协同作用和电子构型的可调性，在催化领域受到越来越多的关注。然而，高熵氧化物(HEOs)作为最常见的HEMs之一，在活性位点不足的情况下，其高结晶性远远不能令人满意。本文提出了一种表面活化策略，通过树脂模板和温度调节引入充足的表面氧空位(OVs)来设计高活性的HEOs电催化剂。

结果表明，调制后的(Fe0.27Ni0.35Co0.24Cr0.10Mn0.04)2O3-δ HEO具有稳定的结构和较大的电化学表面积(ECSA)，对析氧反应(OER， η10 = 174 mV)和析氢反应(HER， η10 = 60 mV)均具有良好的电催化活性。相应地，组装后的水分解电池只需要1.55 V低电压就能达到10 mA cm−2的电流密度，远远优于使用商用贵金属电催化剂的1.72 V。这项工作为设计结构稳定的HEO用于高效电催化应用开辟了一条新的途径。

HEOs制备示意图。

(a) XRD谱图

(b) N2吸附-解吸等温线

(c) HEOs-400、HEOs-600和HEOs-800的孔径分布曲线

(d) SEM

(e) TEM

(f) HRTEM

(g) HEOs-600的Ni, Co, Fe, Mn, Cr和O元素图

(a) EPR

(b)XPS总谱

(c) O1s XPS

(d) HEOs-400, HEOs-600和HEOs-800的相对氧含量

(e) Fe 2p

(f) Ni 2p

(g) Co 2p

(h) Cr 2p

(i) Mn 2p

(a)不同催化剂材料的OER极化曲线和

(b) Tafel图。

(c) HEO-600在第1和第4000圈的OER极化曲线比较。

(d)不同催化剂材料的HER极化曲线和

(e) Tafel图。

(f) HEO-600在第一次和第4000次圈的HER极化曲线比较。

(g)非法拉第区HEO的比电容。

(h)不同催化剂在1.0 M KOH溶液中的全水解图。

(i) HEOs-600在10 mA cm - 2时的计时电位响应(插图为HEOs-600在20 h循环测量前后的极化曲线)。

(a) OER的极化曲线和(b) Tafel图，

(c) HER的极化曲线和(d) Tafel图，

(e)不同催化剂材料的XRD图谱。

综上所述，我们成功地结合树脂模板和温度调节制备了具有丰富表面OVs的结构稳定的HEO，其形态、组成、OVs含量和ECSA也被表征和证实。HEOs-600实际上展示了高效电催化最合理的构象特征。具有充足的表面Ov的熵驱的稳定结构赋予了多孔纳米球形HEOs-600对OER (η10 = 174 mV)和HER (η10 = 60 mV)都具有强大的电催化活性。卓越的双功能催化能力使整个水分解电池在1.55 V的小电压下达到10 mA cm−2的电流密度，远远优于商用贵金属催化剂(1.72 V)。控制实验表明，HEOs-600中的Fe和Cr元素在稳定HEOs的基本结构，催化持久活性方面起着最关键的作用。这项工作不仅为全水解提供了一种高效的双功能电催化剂，而且为设计具有调节表面活性的HEO提供了一般策略。