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新突破！廈大、中國(guó)科學(xué)院Sci. Adv.！

來(lái)源：時(shí)間：2023-09-25 15:23:46 瀏覽：2220次

第一作者：Chun Hu和Kaihang Yue

通訊作者：黃小青教授、王現(xiàn)英研究員和韓佳甲教授

通訊單位：廈門大學(xué)和中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所

DOI: 10.1126/sciadv.adf9144.

研究背景

研究發(fā)現(xiàn)，設(shè)計(jì)一種高效的酸性析氧反應(yīng)（OER）催化劑對(duì)于控制質(zhì)子交換膜水電解槽（PEMWE）制氫至關(guān)重要。基于此，廈門大學(xué)黃小青教授和韓佳甲教授、中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所王現(xiàn)英研究員等人報(bào)道了一種快速、非平衡的策略來(lái)合成具有豐富晶界（GB）的五元高熵釕銥基氧化物（M-RuIrFeCoNiO₂），并用于酸性水分解。

文章要點(diǎn)

1、M-RuIrFeCoNiO₂在0.5M H₂SO₄的OER中，其在電流密度為10 mA cm^-2時(shí)表現(xiàn)出189 mV的低過(guò)電位。同時(shí)，其提供了0.24 O₂ s^?1（η₃₀₀）的高周轉(zhuǎn)率（TOF）值，超過(guò)了商用RuO₂（0.02 O₂ s^?1）。

2、Operando微分電化學(xué)質(zhì)譜（DEMS）表明，在加入外來(lái)原子后，反應(yīng)的OER途徑被調(diào)整。此外，密度泛函理論（DFT）模擬表明，多元素混合效應(yīng)和GB的集成協(xié)同提高了OER活性，并穩(wěn)定了催化單元。3、由M-RuIrFeCoNiO₂和商用Pt/C分別作為陽(yáng)極和陰極催化劑組裝而成的PEM電解槽，在1 A cm^?2的超高電流密度下，其表現(xiàn)出優(yōu)異的長(zhǎng)期耐久性，可運(yùn)行超過(guò)500 h，顯示了其在水分解行業(yè)應(yīng)用的巨大潛力。本工作展示了一種整合不同組分和GB的優(yōu)勢(shì)來(lái)設(shè)計(jì)高性能OER電催化劑的途徑，突破了不同金屬元素?zé)崃W(xué)溶解度的限制。

圖文展示

圖1.高熵M-RuIrFeCoNiO₂的合成與表征

圖2.化學(xué)狀態(tài)和配位環(huán)境

圖3.各種催化劑在0.5M H₂SO₄中的電催化OER性能

圖4.OER催化機(jī)理分析

圖5.DFT計(jì)算

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