1月15日從昆明理工(gong)大學(xue)獲悉，該校非常規冶金(jin)團隊與(yu)伊比(bi)利(li)亞國(guo)際納米科技實驗室(shi)、香(xiang)港理工(gong)大學(xue)、中國(guo)科學(xue)院上海高等(deng)研(yan)究院等(deng)合(he)作(zuo)，在高穩定性析氧催化劑構(gou)筑(zhu)方面(mian)取(qu)得重要進展。相關成(cheng)果(guo)發(fa)表于國(guo)際期刊《先進材料》。
析氧反(fan)應(ying)是電(dian)解水(shui)的(de)(de)半反(fan)應(ying)之一，具(ju)有復雜的(de)(de)四電(dian)子轉移過程(cheng)，是限制(zhi)電(dian)解水(shui)綠色制(zhi)氫整體能(neng)量(liang)效(xiao)率(lv)的(de)(de)瓶頸(jing)。電(dian)解水(shui)過程(cheng)效(xiao)率(lv)的(de)(de)提高(gao)，有賴于高(gao)效(xiao)析氧催化劑(ji)的(de)(de)構筑。但在苛(ke)刻的(de)(de)工(gong)業條件下，獲得高(gao)度穩(wen)定析氧反(fan)應(ying)電(dian)催化劑(ji)仍是極大(da)的(de)(de)挑戰。在這(zhe)項(xiang)最(zui)新(xin)研究中，昆明理工(gong)大(da)學(xue)非常(chang)規冶金(jin)團隊張(zhang)利波教授、胡覺教授等人，就非貴(gui)金(jin)屬(shu)高(gao)熵合金(jin)和(he)高(gao)熵氧化物——鐵鈷鎳(nie)錳鉻(ge)五(wu)元異(yi)質(zhi)結構進行(xing)原位(wei)重構，從而在工(gong)業條件下實現了高度穩定析氧。
基于這種非貴金(jin)(jin)屬高(gao)(gao)熵合金(jin)(jin)和高(gao)(gao)熵氧(yang)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)的異質結(jie)構，金(jin)(jin)屬顆粒可通(tong)過與高(gao)(gao)熵氧(yang)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)的強相互作(zuo)用在(zai)析氧(yang)反應電催化(hua)(hua)(hua)過程中獲得(de)穩定。此外(wai)，由于與鄰近(jin)高(gao)(gao)熵氧(yang)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)存在(zai)排斥(chi)作(zuo)用，含(han)氧(yang)中間產物(wu)(wu)在(zai)活性金(jin)(jin)屬位點(dian)上的強結(jie)合力(li)在(zai)很大程度上被削(xue)弱，從而改善了析氧(yang)反應動力(li)學，提高(gao)(gao)了非貴金(jin)(jin)屬高(gao)(gao)熵合金(jin)(jin)和高(gao)(gao)熵氧(yang)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)催化(hua)(hua)(hua)劑的穩定性。
該催化(hua)劑(ji)(ji)是(shi)通(tong)過早(zao)期過渡(du)金(jin)屬(shu)誘導的非貴金(jin)屬(shu)高熵(shang)合(he)金(jin)原位(wei)相變(bian)合(he)成的，其相變(bian)激發了暴露在催化(hua)劑(ji)(ji)表(biao)面的大量活性(xing)非貴金(jin)屬(shu)高熵(shang)合(he)金(jin)和高熵(shang)氧(yang)化(hua)物界面，從(cong)而(er)加(jia)速了析氧(yang)反應過程。憑(ping)借(jie)這種(zhong)獨特策略，研究團隊制備的這種(zhong)五(wu)元(yuan)異質催化(hua)劑(ji)(ji)，在100毫(hao)安/平方(fang)(fang)厘米電流密度下，100小時(shi)(shi)后顯示出247毫(hao)伏的超低過電位(wei)。即(ji)便工業條(tiao)件苛刻，該催化劑在(zai)500毫(hao)安/平方(fang)(fang)厘米電流密度下保持500小時(shi)(shi)后，活性損失幾乎(hu)可以忽略不計，具有出色(se)的長(chang)期穩定性。
研究顯示，高熵氧化物(wu)的(de)形成誘(you)導(dao)了(le)(le)(le)軌(gui)道位(wei)錯效(xiao)應，不僅提(ti)供了(le)(le)(le)高電(dian)(dian)活性(xing)(xing)的(de)位(wei)點(dian)，而且促進了(le)(le)(le)位(wei)點(dian)間的(de)電(dian)(dian)子轉移，增強了(le)(le)(le)電(dian)(dian)活性(xing)(xing)，實(shi)現了(le)(le)(le)高效(xiao)持久析氧反(fan)應。這為設計基于(yu)非貴金(jin)屬(shu)高熵合金(jin)的(de)精細異質結構提(ti)供了(le)(le)(le)思(si)路，同時為構筑高效(xiao)、穩定的(de)工業電(dian)(dian)解(jie)水催化劑提(ti)供了(le)(le)(le)新視角(jiao)。