析氧反應(yīng)(OER)在電化學(xué)水分解、金屬-空氣電池等可再生能源技術(shù)中占有重要地位。然而，由于四電子轉(zhuǎn)移過程的緩慢動力學(xué)，OER反應(yīng)嚴重限制了這些電化學(xué)技術(shù)的轉(zhuǎn)化效率。目前，RuO2和IrO2被認為是OER的基準電催化劑，但貴金屬價格昂貴和稀缺性嚴重限制了它們的大規(guī)模應(yīng)用。因此，探索高效的非貴金屬基OER電催化劑具有重要意義。
根據(jù)文獻報道，鎳基層狀雙氫氧化物(LDHs)是堿性介質(zhì)中析氧反應(yīng)活性較高的催化劑，但其穩(wěn)定性較差，而堿土金屬離子的引入能夠提高鎳基LDHs對OER的催化活性和穩(wěn)定性。基于此，復(fù)旦大學(xué)吳仁兵和浙江大學(xué)潘洪革等開發(fā)了一種Mg參與的高熵工程策略，能夠同時提高FeNi基層狀雙氫氧化物(LDHs)對OER的催化活性和穩(wěn)定性。實驗結(jié)果和理論計算表明，結(jié)構(gòu)熵增加、吉布斯自由能降低的FeCoNiMg-LDH (HE-LDH)的構(gòu)建以及Mg-O界面鍵的形成可以有效地穩(wěn)定晶體結(jié)構(gòu)并緩解相分離及相變，從而提高催化劑的穩(wěn)定性。此外，由高熵配位引起的協(xié)同電子耦合提供了自旋極化態(tài)和高費米能級的活性Ni，優(yōu)化了中間體的吸附能并加速了OER動力學(xué)，進一步提升了OER活性。因此，所制備的HE-LDH催化劑在100 mA cm?2電流密度下的OER過電位低至302 ± 5 mV，Tafel斜率為75 mV dec?1，優(yōu)于大多數(shù)文獻報道的FeNi-LDH基催化劑。此外，該催化劑在300 mA cm?2電流密度下連續(xù)運行超過60小時而沒有發(fā)生明顯的活性衰減，表明引入Mg2+能夠有效提升FeNi-LDH基催化劑的穩(wěn)定性?？偟膩碚f，這項工作不僅為高熵配合物的組成-活性-穩(wěn)定性提供了機理性的認識，而且為設(shè)計高活性、高穩(wěn)定性的先進OER催化劑提供了指導(dǎo)。Inert Mg Incorporation to Break the Activity/Stability Relationship in High-Entropy Layered Hydroxides for the Electrocatalytic Oxygen Evolution Reaction. ACS Catalysis, 2023. DOI: 10.1021/acscatal.3c00786
