吕坚院士&刘锦川院士AM：新型多元金属间化合物助力氢析出

通讯作者：吕坚、刘锦川   

通讯单位：香港城市大学

随着社会寻求未来大幅减少化石燃料的使用，氢气被广泛认为是最具有可持续和再生性的替代能源之一。在众多制氢方法中，电化学水裂解因其环保和低成本被认为是一种特别有前途和吸引力的技术。这一产氢技术引发了对非贵金属基电催化剂的急剧需求，以取代目前使用的高成本Pt催化剂，其发展仍然极具挑战性。

电化学水裂解提供了一种很有吸引力的产氢方法。然而，高效低成本电催化剂的严重缺乏阻碍了其应用。近来，香港城市大学贾喆博士，杨涛博士，孙李刚博士（共同一作）在吕坚院士（通讯作者）和刘锦川院士（通讯作者）的共同指导下，制备了一种多元高熵金属间（HEI）化合物，其包含多个非贵族金属元素，构成了一个不寻常的周期性有序结构，可以作为一种高效的析氢电催化剂。这种HEI，在碱性中表现出优异的活性，在10 mA cm-2电流密度处只有88.2 mV的过电位，Tafel斜率为40.1 mV dec-1。理论计算表明其化学复杂性和令人惊讶的原子混淆提供了强大的协同功能，改变了电子结构。此外，独特的L12型有序结构使特定的结构位点分离，进一步稳定H2O/H* 吸附/脱附，大大优化了析氢的能量势垒。这样的HEI策略揭示了一种新开发的具有优良反应活性的新型电催化剂的范例。

总之，在多元高熵和位点分离概念的指导下，一种具有FeCoNiAlTi成分的非贵金属高熵金属间化合物已被开发为一种潜在的低成本和环境友好型化合物，以替代Pt基HER电催化剂。通过化学协同和结构位点分离效应的结合，导致电子结构的微调，使得具有枝晶状表面形貌的L12型HEI在碱性条件下表现出优异的HER性能。此合金催化剂作为能源催化剂，在催化效率和稳定性方面均表现出良好的催化性能。实验表明，通过一步脱合金的方法形成的多孔微细枝晶状形貌极大地提高了电化学活性位点。此外，通过第一性原理计算证实，此高熵金属间化合物合金催化剂同时具有高熵固溶体中的多组元金属协同作用和金属间化合物中的活性位点分离作用，极大地优化了其表面电子结构从而在H2O/H*的吸附/解析过程中降低其能量势垒。本研究为设计低成本、高效、耐用的能源催化剂提供了直接的实验理论依据，更重要的是为合成非贵金属催化剂在催化领域的广泛应用提供了新的思路。

A Novel Multinary Intermetallic as an Active Electrocatalyst for Hydrogen Evolution.（Adv. Mater., 2020，DOI:10.1002/adma.202000385）

平台声明：该文观点仅代表作者本人，零碳未来网 系信息发布平台，我们仅提供信息存储空间服务。