遼工大伍復(fù)發(fā)&趙榮達(dá)團(tuán)隊(duì)：表面重構(gòu)改善共晶高熵合金體電極析氧性能！

近日，遼寧工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院伍復(fù)發(fā)，趙榮達(dá)團(tuán)隊(duì)在能源材料領(lǐng)域期刊《International Journal of Hydrogen Energy》發(fā)表了題為“Improvement of electrochemical performance of eutectic high-entropy alloy bulk electrode for excellent oxygen evolution reaction through surface reconstruction” 的研究論文。論文第一作者為碩士研究生鐘思成，通訊作者為李佳、伍復(fù)發(fā)、趙榮達(dá)，通訊單位為遼寧工業(yè)大學(xué)。

OER是水分解的瓶頸反應(yīng)，因其動力學(xué)緩慢，需要高效、穩(wěn)定的電催化劑。高熵合金（HEAs）和共晶高熵合金（EHEAs）因具有多元素協(xié)同效應(yīng)和結(jié)構(gòu)可調(diào)性，成為有潛力的OER催化劑。傳統(tǒng)EHEA塊體電極因比表面積小、活性位點(diǎn)有限，性能受限。

本研究通過精確調(diào)控Cr/Mo元素比例并結(jié)合循環(huán)伏安法誘導(dǎo)表面重構(gòu)，成功制備出兼具高活性與高穩(wěn)定性的共晶高熵合金塊體OER電極。XRD結(jié)果表明，電極主要由FCC相和富含Mo元素的IMC相組成。SEM分析表明，CV激活后電極表面形成大量白色納米片結(jié)構(gòu)，其主要成分為金屬氫氧化物/羥基氧化物（M–OOH），被確認(rèn)為OER的真實(shí)活性物種。XPS結(jié)果進(jìn)一步揭示，F(xiàn)e、Ni、Co元素在激活后向高氧化態(tài)轉(zhuǎn)變，且電子從Fe向Ni與Co轉(zhuǎn)移，促進(jìn)了高活性物種的生成。此外，Mo與Cr元素分別作為表面重構(gòu)和離子浸出的關(guān)鍵調(diào)控元素，有效加速了電極表面的重構(gòu)過程。由此可見，通過五種元素的協(xié)同設(shè)計(jì)，精準(zhǔn)調(diào)控Cr/Mo比例以構(gòu)建共晶結(jié)構(gòu)，并優(yōu)化CV激活循環(huán)次數(shù)，實(shí)現(xiàn)了OER性能的顯著提升，系統(tǒng)性地構(gòu)建了高性能CM07-A EHEA電極。CM07-A3000電極在100 mA cm-2電流密度下過電位僅為281 mV，Tafel斜率為80 mV dec-1，遠(yuǎn)優(yōu)于未激活電極。并且能夠在500mA cm-2電流密度下工作240小時(shí)的過程中，過電位基本保持434mV不變，表現(xiàn)出卓越的長期穩(wěn)定性。該方法無需傳統(tǒng)脫合金等復(fù)雜工藝，即可在電極表面直接構(gòu)建高活性層，同時(shí)保持基底結(jié)構(gòu)的完整性，為共晶高熵合金塊體電極在工業(yè)級大電流條件下的實(shí)際應(yīng)用提供了創(chuàng)新思路。

圖1.電極制備示意圖及XRD表征.

圖2.CV激活前后以及不同活化圈數(shù)SEM對比圖.

圖3.原始共晶高熵合金的TEM圖

圖4.Cr元素和Mo元素的XPS圖.

圖5.電極的電化學(xué)性能及穩(wěn)定性測試.

本文來自“材料科學(xué)與工程”公眾號，感謝作者團(tuán)隊(duì)支持。