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南理工/上海應(yīng)物所：碳熱沖擊法合成FeCoNiCuCr高熵合金納米顆粒以實(shí)現(xiàn)高效OER

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期：2025-02-05  瀏覽次數(shù)：2837
電催化水分解因其高效、低成本的能源轉(zhuǎn)換特性備受關(guān)注，但OER的緩慢動力學(xué)限制了其效率。目前，商業(yè)OER電催化劑依賴于昂貴、稀缺且不穩(wěn)定的貴金屬如Ru和Ir。因此，開發(fā)高效、耐用且成本低廉的非貴金屬OER電催化劑顯得尤為重要。高熵合金（HEAs）的組成靈活性和原子半徑差異引起的晶格畸變，為調(diào)節(jié)催化性能提供了新途徑。然而，合成具有均勻元素分布的納米尺寸HEAs仍面臨挑戰(zhàn)，包括不混溶和分離現(xiàn)象，以及選擇合適元素以實(shí)現(xiàn)高OER活性的重要性。日前，南京理工大學(xué)蘭司、朱賀及中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所曾建榮等通過超快速碳熱沖擊（CTS）方法合成的FeCoNiCuCr高熵合金納米顆粒（HEA NPs），并將其沉積在預(yù)處理的碳布上，實(shí)現(xiàn)了卓越的電催化OER性能。相關(guān)研究成果以“Ultrafast synthesis of tetragonal-distorted FeCoNiCuCr high-entropy alloy nanoparticles for enhanced OER performance”為題在Chinese Chemical Letters上發(fā)表。

研究人員通過超快速碳熱沖擊（CTS）方法在預(yù)處理的碳纖維上合成了FeCoNiCuCr高熵合金納米顆粒（HEA NPs），并將其作為高效且成本低廉的電催化劑應(yīng)用于氧氣進(jìn)化反應(yīng)（OER）。通過PDF分析發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)eCoNiCuCr展現(xiàn)出局部四方畸變，這種畸變打破了面心立方（Fm-3m）的對稱性，增加了活性位點(diǎn)和殘余應(yīng)變，從而增強(qiáng)了OER電催化性能，同時(shí)保持了長程的立方對稱性。XAFS分析進(jìn)一步證實(shí)，Cr的引入增強(qiáng)了金屬的活性并誘導(dǎo)了晶格畸變，這歸因于原子尺度上的分離以及觀察到的四方畸變。FeCoNiCuCr在10 mA/cm²的電流密度下展現(xiàn)出272mV的低過電位，優(yōu)于FeCoNiCu（301mV），且低于CP測試后的FeCoNiCuCr（250mV）。本研究為合成納米尺度、無貴金屬的HEA電催化劑提供了一種新方法，證實(shí)了HEA NPs的結(jié)構(gòu)與性能之間的相關(guān)性，為清潔能源轉(zhuǎn)換應(yīng)用提供了一種有前景的材料選擇。





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