仿生高熵氧化物纳米阵列激光直写技术推动工业水电解应用

本研究针对工业水电解在高电流密度（≥500 mA cm?2）下面临的催化活性、稳定性及气液传输三重挑战，通过高通量优化开发出兼具超疏气-超亲水特性的FeCoNiMoCrOx高熵氧化物纳米阵列电极，在阴离子交换膜电解槽中实现1 A cm?2@1.82 V的高效稳定产氧（600小时降解率仅38.33 μV h?1），为工业电催化剂的多尺度协同设计提供新范式。

　　

通过直接激光书写技术（Direct Laser Writing），研究人员成功制备出仿生高熵氧化物（High-Entropy Oxides, HEOs）纳米阵列结构，为解决工业水电解在高电流密度（≥500 mA cm^?2）下催化活性、稳定性与气液传输的三重挑战提供了创新方案。该研究采用高通量优化技术锁定关键纳秒激光参数窗口，通过快速淬火捕获亚稳态FeCoNiMoCrO_x纳米颗粒叶片，并借助马兰戈尼流（Marangoni flows）构筑钛微锥树干结构。

这种特殊结构展现出超疏气-超亲水特性，在析氧反应（Oxygen Evolution Reaction, OER）中表现出卓越性能（η₁₀ = 188 mV）。在阴离子交换膜（Anion-Exchange Membrane, AEM）电解槽中，该电极在1.82 V电压下实现1 A cm^?2的电流密度，性能优于商业IrO₂涂层钛网，并能于500 mA cm^?2下稳定运行600小时（降解速率低至38.33 μV h^?1）。

密度泛函理论（Density Functional Theory, DFT）计算证实，钼（Mo）和铬（Cr）通过M-O-M网络电子调控主要OER活性位点镍（Ni），优化d带中心（d-band center），促使反应更倾向于吸附物演化机制（Adsorbate Evolution Mechanism, AEM）。该研究通过形态设计实现了成分复杂性、结构连贯性与界面适应性的统一，彰显了多尺度协同而非孤立优化在多功能电催化剂开发中的核心价值。