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MnNiCoCrFe多孔高熵合金的电催化析氧性能

294   编辑:中冶有色网   来源:李海龙,牟娟,王媛媛,葛绍璠,刘春明,张海峰,朱正旺  
2024-04-17 09:23:28
增加清洁能源的使用,是中国调整能源结构的重要途经[1] 氢气的热值高且无污染,受到了极大的关注 电解水制氢具有可持续和零碳排放的优点,是最具应用价值的绿氢制备方法[2] 电化学水分解,分为阳极析氧反应(OER)和阴极析氢反应(HER)[3,4] OER涉及的四电子转移过程使其反应动力学缓慢和在电催化过程中产生较大的过电位,显著影响电解水的效率[5] 贵金属电催化剂的成本过高,使其应用受到限制[6] 在碱性电解质中可使用廉价的非贵金属(如Ni、Co、Fe和Mn等过渡金属族元素)电催化电极材料[7,8],替代商用贵金属OER电催化剂,如IrO2和RuO2[9~11] 因此,开发非贵金属低成本、高活性和高稳定性的析氧催化剂,意义重大 高熵合金由五种或五种以上等原子比或近等原子比的组元组成,生成简单的固溶体相 这种独特的结构,具有热力学上的高熵效应、动力学上的扩散迟滞效应、性能上的鸡尾酒效应和结构上的晶格畸变效应[12~17] 与传统的合金材料相比,高熵合金具有制备优异电催化电极材料的潜力,其催化剂成分连续可调、力学性能优异、具有耐腐蚀性和机械加工性能 这些特性,使得在很大程度上可调控其电子结构和几何结构[18,19] Hu等[20]根据Co-Mo双金属相图合成具有不混溶Co/Mo原子比的CoMoFeCoNi高熵纳米颗粒,该方法比使用贵金属Ru提高了氨分解的催化活性和稳定性 Guo等[21]的研究表明,与FeCoNiCrAl高熵催化剂相比,FeNiMnCrCu高熵合金只需要更小的活化能即可引发OER反应,因为其d空位数和晶格空间比较大 Biswas等[22]发现,Au-Ag-Pt-Pd-Cu高熵合金表现出比纯铜更高的催化活性,因为高熵合金里的铜原子受益于其他金属提供的协同效应 Yu等[23]在合金中添加少量O制备的块状(CrFeCoNi)97O3高熵合金,电流密度为10 mA·cm-2时过电位只有196 mV,Tafel斜率为29 mV·dec-1,优于目前报道的块体OER材料的催化性能 研究结果表明,Cr2O3在提高OER催化活性方面有关键作用 块体高熵合金的氧微合金化诱导氧化物的形成,不仅提高了大块材料的催化活性和长期稳定性,还可用简单的铸造冶金工艺大量生产,避免了复杂的湿化学工艺,有利于工业化生产 这些结果均表明,高熵合金在电催化领域有广阔的应用前景 虽然与纳
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