香港城市大学刘锦川院士&吕坚AM：新型多元金属间化合物作为析氢的活性电催化剂

痴迷文献

2020-04-09

电化学水分解是一种有效的制氢方法。然而，缺乏高性能，高性价比的电催化剂严重阻碍了其应用。具有独特的微观结构以及前所未有的理化和力学性能的高熵材料（HEM）在许多不同的应用研究领域中引起了广泛的关注。但是，有关HEM的最新研究主要集中在晶格固相中具有均匀无序原子分布的晶体固溶相中，这极大地限制了溶质金属原子的原子构型，也限制了其潜在的有益特性。因此，在HEM领域中仍然存在巨大的挑战，包括了解如何以化学有序的分布控制原子以及哪些原子构型可以优化相应的结构和功能特性。金属间化合物（IMC）由于其定义明确的几何原子构型的固有优势而在催化/电催化应用中获得了重要的研究。其有序结构为改变电子结构和活性位点提供了巨大潜力。研究表明，具有很大程度的主动位点隔离和高度可调的电子结构的IMC有望超越贵金属基催化剂的性能，同时成本更低。因此，可以研究开发一种既具有HEM的化学复杂性又能保持IMC中存在的结构部位隔离的材料。

有鉴于此，香港城市大学刘锦川院士，吕坚教授报道了通过低成本和可扩展的冶金技术合成一种具有FeCoNiAlTi成分的多元高熵金属间化合物（HEI），其具有不寻常的周期性有序结构，包含多个非贵重元素，可作为析氢的高效电催化剂。

文章要点：

1）具有树突状表面形态的L1₂型HEI在碱性条件下显示出优异的HER性能，在10 mA cm^-2的电流密度下，过电势为88.2 mV以及40.1 mV dec^-1的Tafel斜率，可与贵金属催化剂媲美。

2）理论计算表明，HEI化学复杂性和奇特的原子构型具有强大的协同功能来改变其电子结构。

3）独特的L1₂型有序结构可实现特定的位点隔离效应，从而进一步稳定H₂O/H*的吸附/解吸，从而极大地优化了析氢的能垒。

总之，这种HEI策略提供了开发具有优异反应活性的新型电催化剂的新范例。

Jia, Z., et al, A Novel Multinary Intermetallic as an Active Electrocatalyst for Hydrogen Evolution. Adv. Mater. 2020

DOI：10.1002/adma.202000385

https://doi.org/10.1002/adma.202000385