超薄二维介质熵合金作为高效稳定的氧气析出反应电催化剂

《International Journal of Minerals Metallurgy and Materials》：Ultrathin two-dimensional medium-entropy alloy as a highly efficient and stable electrocatalyst for oxygen evolution reaction

双功能催化剂中熵合金的制备与性能研究。采用离子层外延法成功制备MoCoNi超薄二维中熵合金，其氧析出反应过电位低至167mV（10mA/cm2），比活性达3359.6A/g（为RuO?的3个数量级），连续运行134小时保持90%活性。材料性能源于多活性金属协同效应及超薄结构缩短电荷转移路径。

　　

摘要

开发高活性、耐用且低成本的电催化剂对于电催化制氢至关重要。超薄二维（2D）纳米材料具有极大的比表面积，使其成为非常理想的电催化剂形态。中等熵合金（MEAs）具有成分可调性和由熵驱动的结构稳定性，因此是理想的电催化剂候选材料。在本研究中，采用了一种简便的离子层外延方法成功制备了具有超薄二维形态的MoCoNi MEA。这种超薄二维MoCoNi MEA在氧气析出反应（OER）中表现出优异的电催化性能：在电流密度为10 mA/cm²时，过电位仅为167 mV，塔菲尔斜率（Tafel slope）为33.2 mV/dec。在167 mV的过电位下，该超薄二维MoCoNi MEA的质量活性高达3359.6 A/g，比商用贵金属氧化物RuO₂（1.15 A/g）高出三个数量级。这种优异的电催化性能归因于多种活性金属引起的中等熵效应以及超薄厚度带来的优势——超薄厚度显著缩短了电荷传输距离，从而极大促进了电荷转移。由于天然存在的熵稳定效应，该超薄二维MoCoNi MEA在连续进行134小时的OER电催化测试后仍保持了初始电流的90%，显示出出色的电催化稳定性。本研究为通过制备具有超薄二维形态的MEA来开发高性能和低成本电催化剂材料开辟了新的途径。