高熵合金在具有高电负性差异的碱性氢释放反应中的电催化性能

《Journal of Materials Chemistry A》：Electrocatalytic performance of high-entropy alloys in alkaline hydrogen evolution reaction with high electronegativity difference

高熵合金（HEA）作为新型电催化剂，通过电子结构调控将惰性铜转化为高活性位点。采用电沉积法制备Fe?.??Co?.??Ni?.??Cu?.??Cr?.?? HEA薄膜催化剂，在碱性溶液中过电位仅229 mV（η50），塔菲尔斜率34.1 mV dec?1，性能接近Pt/C电极。DFT计算表明Cu位点具有最低水解离能垒（0.009 eV）和吸附能，10小时稳定性测试显示OCP在3000秒后稳定于-0.3 V并持续至36000秒。研究通过实验与模拟揭示贵金属、过渡金属与HEA的火山式关系，建立材料本征属性与催化速率关联规律，为高效催化剂设计提供理论支撑。

　　

高熵合金（HEAs）是一种新兴的电催化剂，它们可以通过在合金化后利用电负性差异来调控铜（Cu）的电子结构，从而将原本惰性的铜转化为高活性的电催化活性位点。通过在铜基底表面采用电沉积法制备了一种多组分Fe_0.19Co_0.23Ni_0.28Cu_0.28Cr_0.02 HEA薄膜催化剂，实现了229 mV的低过电位（η₅₀），这一数值接近Pt/C电极的207 mV。该催化剂的塔菲尔（Tafel）斜率为34.1 mV dec^?1，略低于Pt/C电极的35 mV dec^?1，表明其具有优异的反应动力学性能。在碱性溶液中，经过10小时的开路电位（OCP）测试后，该催化剂表现出显著的性能：在3000秒时，开路电位开始稳定在-0.3 V，并持续保持稳定直至36000秒。密度泛函理论（DFT）计算结果显示，该催化剂中的铜位点具有最低的水解离能障碍和最低的氢原子吸附能（0.009 eV）。本研究通过实验测试和模拟计算，比较了贵金属、过渡金属之间的相互作用关系，并强调了高熵合金在氢演化反应中的优异性能。此外，它还揭示了材料内在性质与催化反应速率之间的关联，为高效催化剂的设计和活性预测提供了理论指导。