高熵合金 CoCrFeNiAlMo1.4涂层：提升水电解效率的高性价比双功能催化剂

为解决水电解中寻找高性价比双功能催化剂的问题，研究人员开展了高熵合金（HEAs）CoCrFeNiAlMox涂层用于水电解的研究。结果显示 CoCrFeNiAlMo1.4催化性能优异且稳定性好，为水电解催化剂设计提供了新方法。

　　在当今时代，随着人口数量不断攀升和科技的飞速进步，人们对能源的需求日益增长。传统的化石燃料在满足能源需求的同时，也带来了严重的环境问题，比如空气污染、温室气体排放等，这使得全球都在积极寻求更加绿色、高效且可持续的能源。水，作为地球上储量丰富的资源，通过水电解制取氢气成为了一个极具潜力的方向。水电解主要涉及阴极的析氢反应（HER）和阳极的析氧反应（OER），然而，这两个反应在进行过程中存在反应速率受限的问题，尤其是 OER，它作为一个四电子反应过程，需要克服较高的能量壁垒。为了推动水电解技术的发展，在反应过程中添加催化剂成为了关键。

目前，像铂（Pt）、钌（Ru）和铱（Ir）等贵金属催化剂虽然在催化性能上表现出色，具有较低的过电位和较快的反应动力学，但由于资源稀缺、价格昂贵，限制了其大规模应用。因此，研发高效、持久且成本效益高的非贵金属双功能催化剂成为了当前研究的热点。过渡金属合金及其化合物虽然经过了多年研究，但与贵金属催化剂相比，其催化性能仍有待提高。在这样的背景下，高熵合金（HEAs）材料凭借其广阔的设计空间和优良的性能脱颖而出，为解决水电解催化剂的难题带来了新的希望。

沈阳工业大学的研究人员开展了一项关于高熵合金 CoCrFeNiAlMo_x（x = 0, 0.4, 0.8, 1.0, 1.4, 1.8）涂层作为水电解双功能催化剂的研究，相关成果发表在《Applied Surface Science》。

研究人员在此次研究中，主要运用了两种关键技术方法。一是采用等离子喷涂法制备 CoCrFeNiAlMo_x高熵合金涂层，该方法能够使制备出的涂层产生多孔结构，有助于提升催化活性；二是运用密度泛函理论（DFT）计算，分析催化剂的电子结构和催化过程中的电荷分布等情况，从理论层面探究催化活性的内在机制 。

结果和分析

研究人员通过 DFT 计算，构建了 CoCrFeNiAlMo_1.4和 CoCrFeNiAl 高熵合金模型，来探究第六种非贵金属过渡金属 Mo 的添加对高熵合金电催化活性的影响。计算结果表明，CoCrFeNiAlMo_1.4催化剂有利于降低 OER 速率决定步骤的能垒，同时改善 HER 的吸附 / 解吸过程。

实验结果显示，CoCrFeNiAlMo_1.4催化剂在 1.0 M KOH 电解液中展现出卓越的析氧反应（OER）活性。其过电位较低，在电流密度为 50 mA cm^?2时仅为 243 mV ，Tafel 斜率平缓，为 33.47 mV dec^-1 。在析氢反应（HER）中，CoCrFeNiAlMo_1.4高熵合金涂层同样表现出色。当将 CoCrFeNiAlMo_1.4高熵合金涂层作为双功能电催化剂应用于整体水分解反应时，它展现出了超过 96 小时的优异稳定性。

研究结论与讨论

综上所述，研究人员成功通过等离子喷涂法合成了具有成本效益且易于扩展的高熵合金材料，用于水电解研究。CoCrFeNiAlMo_1.4催化剂在 OER 和 HER 中均表现突出，具有较低的过电位、平缓的 Tafel 斜率和良好的稳定性。该研究中独特的制备工艺产生的多孔结构、元素间的协同作用以及 Mo 元素对电子结构的调整，共同提升了催化剂的性能。这项研究为进一步构建高效的水电解催化剂提供了可行的方法，在设计高性价比双功能电催化剂用于多种能源应用方面具有重要意义，有望推动水电解制氢技术朝着更加实用化、产业化的方向发展。