杨涛博士研究团队研究成果

基于新型多元金属间化合物的高性能无贵金属析氢电催化剂的研制

电化学水裂解为制氢提供了一种非常具有吸引力的方法。然而,高性能、高性价比的电催化剂的缺乏严重阻碍了其广泛应用。在 我们的工作中,我们开发了一种多元高熵金属间化合物(HEI),它具有一种特殊的周期性有序结构,含有多种非贵元素,被证明可以作为一种高效的析氢电催化剂。该 HEI 在碱性条件下表现出优异的活性, 在 10 mA cm-2 的电流密度下,其过电位为 88.2 mV 和 40.1 mV dec-1 的塔菲尔斜率,这 一出色的性能可以与贵金属催化剂相媲美。理论计算表明,化学元素的复杂性及其特殊的原子构型与占位元为改变电子结构提供了强大的协同作用。此外,独 特的 L12 型有序结构使特定的位置隔离效应能够进一步稳定 H2O/H*  吸附 / 解吸,从而显著优化析氢的能量屏障。这种 HEI 策略为开发具有优异反应活性的新型电催化剂提供了新 的范例,有望在未来替代传统的贵金属催化剂。

参考文献

1. Jia, Z, Yang, T, Sun, L, Zhao, Y, Li, W, Luan, J, Lyu, F, Zhang, L-C, Kruzic, JJ, Kai, J-J, Huang, JC, Lu, J & Liu, CT 2020, 'A Novel Multinary Intermetallic as an Active Electrocatalyst for Hydrogen Evolution', Advanced Materials, vol. 32, no. 21, 2000385.

2. Yang, T, Zhao, YL, Li, WP, Yu, CY, Luan, JH, Lin, DY, Fan, L, Jiao, ZB, Liu, WH, Liu, XJ, Kai, JJ, Huang, JC & Liu, CT 2020, 'Ultrahigh-strength and ductile superlattice alloys with nanoscale disordered interfaces', Science (New York, N.Y.), vol. 369, no. 6502, pp. 427-432.

3. Yang, T, Cao, BX, Zhang, TL, Zhao, YL, Liu, WH, Kong, HJ, Luan, JH, Kai, JJ, Kuo, W & Liu, CT 2022, 'Chemically complex intermetallic alloys: A new frontier for innovative structural materials', Materials Today, vol. 52, pp. 161-174.