结构有序高熵金属间化合物限域少层石墨烯实现高效全电解水新突破

来自国内的研究人员通过设计Pt、Co、Ni、Fe、Cu构成的结构有序高熵金属间化合物纳米晶限域少层石墨烯（PCFNC@Gr）催化剂，实现了碱性介质中HER（52.1 mV@10 mA cm−2）和OER（280 mV@10 mA cm−2）的高效催化，其组装的阴离子交换膜电解槽在1.95 V电压下达到1000 mA cm−2工业电流密度并稳定运行1000小时，为替代商业催化剂提供了新策略。

通过构建由铂(Pt)、钴(Co)、镍(Ni)、铁(Fe)和铜(Cu)组成的结构有序高熵金属间化合物纳米晶，并将其均匀限域于少层石墨烯（few-layered graphene, PCFNC@Gr）中，研究人员开发出一种新型胶囊结构电催化剂。该材料在碱性介质中展现出卓越的析氢反应（Hydrogen Evolution Reaction, HER）和析氧反应（Oxygen Evolution Reaction, OER）催化性能，在10 mA cm⁻²电流密度下仅需52.1 mV（HER）和280 mV（OER）的过电位，并具有优异的长期稳定性。理论计算证实，有序PCFNC高熵合金独特的电子态形成的多重活性表面位点是提升HER与OER活性的关键。采用PCFNC@Gr电极组装的阴离子交换膜水电解槽（anion exchange membrane water electrolyzer）可在1.95 V槽电压下实现1000 mA cm⁻²的工业级电流密度，持续稳定运行超过1000小时，能量效率高达64.5%。该研究为开发高性能、低成本的有序高熵合金@石墨烯（O-HEA@Gr）电催化剂提供了概念验证。