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EES：d-d电子相互作用立大功！极大促进高熵合金纳米晶体HER活性

时间：2023-08-21 来源： 浏览：

EES：d-d电子相互作用立大功！极大促进高熵合金纳米晶体HER活性

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电催化水分解被认为是绿色和可持续的产氢方法。此外，与酸性水电解相比，碱性水电解具有明显的优势(如长期的稳定性、成熟的商业化)。然而，水电解过程中析氢反应(HER)的缓慢动力学和复杂的多电子反应途径导致了高能垒，限制了碱性水电解的效率。目前，具有低过电位和快速反应动力学的Pt基催化剂被认为是HER的基准催化剂，但它们较高的成本和稀缺的资源限制了其进一步的大规模应用。因此，合理设计Pt基催化剂以最大限度地利用活性位点，提高其对碱性HER的内在活性至关重要。
基于此， 武汉大学王纪科 和 新加坡科技研究局(A*STAR)席识博 等采用一步湿化学法制备了由纳米片组装的高熵合金PtMoPdRhNi (PtMo 6 Pd 23 Rh 43 Ni 5 、Pt 33 Mo 6 Pd 33 Rh 18 Ni 10 、Pt 28 Mo 6 Pd 28 Rh 27 Ni 15 、Pt 18 Mo 6 Pd 24 Rh 12 Ni 40 )纳米晶体(NCs)。
实验结果表明，d-d电子相互作用最强的Pt 28 Mo 6 Pd 28 Rh 27 Ni 15 NCs在−10 mA cm −2 电流密度下的HER过电位仅为9.7 mV，低于大多数报道的催化剂；并且，其在加速耐久性试验(ADTs)中，经过5000个循环后未观察到HER活性的衰减，表明Pt 28 Mo 6 Pd 28 Rh 27 Ni 15 NCs具有优异的耐久性。
通过研究PtMoPdRhNi NCs中不同原子比下的HER性能，Pt 28 Mo 6 Pd 28 Rh 27 Ni 15 NCs的电化学HER活性最高，证明了d-d电子相互作用是提高HER活性的关键。此外，原位SERS和理论计算表明，在PtMoPdRhNi NCs中，Pt和Ni位点促进了水的解离，而Pt和Rh位点同时加速了H*向H 2 的转化；并且由配体效应诱导的HEA键长下降和强的d-d相互作用增强了催化剂的HER活性。
综上，该项研究不仅揭示了Pt基HEA纳米材料中协同作用和局部化学环境等在提高HER活性中所起到的作用，而且为高效HEA催化剂制备提供了一种简单的合成方法。
High-Entropy Alloy nanocrystal assembled by nanosheets with d-d electron interaction for Hydrogen Evolution Reaction. Energy & Environmental Science, 2023. DOI: 10.1039/D3EE01929B
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