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Nano Energy：磷原子诱导高熵合金中可调的晶格应变，促进碱性水分解

时间：2023-04-23 来源： 浏览：

Nano Energy：磷原子诱导高熵合金中可调的晶格应变，促进碱性水分解

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电化学水分解是生产高纯度氢的最有前途的策略之一，但由于其反应动力学缓慢，通常需要高效的电催化剂来降低活化能垒以促进反应过程。在工业上常用贵金属催化剂，如铂催化析氢反应(HER)、RuO 2 或IrO 2 催化析氧反应(OER)，这些催化剂储量稀少，价格昂贵，限制其了电化学水分解的进一步发展。
基于此， 香港理工大学郝建华 、 新南威尔士大学夏振海 和 西北工业大学韩潇 等采用原子掺杂的方法成功地构建了一种可调节晶格畸变的整体水分解多孔高熵合金(HEA)电极(xP-HEAs)，系统地研究了P掺杂对晶格膨胀和电催化性能的影响。
具体而言，研究人员利用密闭高压环境将P原子掺入到HEA中，一系列结构实验表征和密度泛函理论(DFT)计算证实了外部P原子掺杂及其诱导的梯度拉伸应变显著影响HEA中过渡金属元素的电子结构，优化中间吸收能，从而极大地提高HEA的全水分解性能。此外，由于引入杂原子和诱导晶格应变，P掺杂多孔HEA的电催化活性暴露面积和本征比活性大大增加。
因此，最优的1P-HEA电极具有良好的碱性析氢和析氧反应活性，其在10 mA cm −2 电流密度下分别仅需要70 mV和211 mV的低过电位。此外，归因于应变和杂阴离子掺杂的共同作用，在模拟工业条件下，基于双功能1P-HEA电极构建的全水分解电解槽在稳定性测试持续84小时后(在超高电流密度为2 A cm −2 下)仍保持几乎100%的活性，其性能优于商用的Pt/C和RuO 2 。
因此，该项工作证明了通过简单的掺杂途径调节高能电子阱内部晶格应变的可行性，并且有可能推广到其他V族元素或P以外的不同价态离子，为构建低成本、高性能、缺陷丰富的双功能自支撑电极以应用于工业制氢提供了范例。
Atomic Phosphorus induces Tunable Lattice Strain in High Entropy Alloys and Boosts Alkaline Water Splitting. Nano Energy, 2023. DOI: 10.1016/j.nanoen.2023.108380
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