多组分高熵镍铁镁锰钴(氧)氢氧化物纳米颗粒协同催化OER/HER/ORR/MOR的突破性研究

本研究通过溶剂热法在泡沫镍上开发出NiFeMgMnCoOOH/NF高熵(氧)氢氧化物，该材料在1M KOH中仅需201mV过电位即可实现高效氧析出反应(OER)，在0.5M NaCl+1M KOH混合电解液中仍保持223mV的优异性能。其独特的纳米颗粒结构提供丰富活性位点，同步提升氧还原反应(ORR)、氢析出反应(HER)和甲醇氧化反应(MOR)活性（电位分别为0.99V/0.289V/1.417V vs RHE），原位拉曼证实Ni-OOH是关键活性组分，为海水电解制氢提供了革命性材料解决方案。

　　

Highlight

通过先进的溶剂热法合成新型FeNiMgMnCoOOH/NF纳米催化剂，采用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为表面活性剂和结构导向剂（图1a）。该催化剂的电化学性能关键取决于其结晶度和形貌：高结晶度确保明确可及的活性位点，而设计的纳米级形貌（粒径、比表面积）通过暴露更多活性位点显著提升催化效率。

Results and discussion

在1M KOH碱性电解液中，该催化剂展现出惊人的OER活性，仅需201mV过电位即可达到10mA/cm^?2电流密度。更引人注目的是，在模拟海水环境的0.5M NaCl+1M KOH混合电解液中，其过电位仅小幅上升至223mV，展现出卓越的抗氯离子腐蚀能力。同步提升的ORR性能表现为0.99V vs RHE的正起始电位(E_onset)和0.85V的半波电位(E_1/2)，这种"四重功能"催化特性源自五种过渡金属的电子结构协同调控。

Conclusion

我们成功通过简易溶剂热法制备出具有纳米花结构的高熵FeNiMgMnCoOOH/NF催化剂，其在碱性和盐碱混合电解液中分别实现201mV和223mV的超低OER过电位，并展现25小时持续工作的出色稳定性。这种非凡活性归因于其独特的纳米花形貌提供的高比表面积，以及高熵效应带来的电子结构优化，为工业化海水电解制氢开辟了新途径。