科技日报记者 赵汉斌
记者15日从昆明理工大学获悉，该校非常规冶金团队与伊比利亚国际纳米科技实验室、香港理工大学、中国科学院上海高等研究院等合作，近期在高稳定性析氧催化剂构筑方面取得重要进展。相关成果发表于国际期刊《先进材料》。
析氧反应是电解水的半反应之一，具有复杂的四电子转移过程，是限制电解水绿色制氢整体能量效率的瓶颈。电解水过程效率的提高，有赖于高效析氧催化剂的构筑。在苛刻的工业条件下，获得高度稳定析氧反应电催化剂仍是极大的挑战。近期，昆明理工大学非常规冶金团队张利波教授、胡觉教授等人，就非贵金属高熵合金和高熵氧化物——铁钴镍锰铬五元异质结构进行原位重构，从而在工业条件下实现高度稳定析氧。
研究示意图。 昆明理工大学供图
基于这种非贵金属高熵合金和高熵氧化物的异质结构，金属颗粒可通过与高熵氧化物的强相互作用在析氧反应电催化过程中得到稳定。此外，由于与邻近高熵氧化物存在排斥作用，含氧中间产物在活性金属位点上的强结合力在很大程度上被削弱，从而改善了析氧反应动力学，同时提高了非贵金属高熵合金和高熵氧化物催化剂的稳定性。
该催化剂是通过早期过渡金属诱导的非贵金属高熵合金原位相变合成的，其相变激发了暴露在催化剂表面的大量活性非贵金属高熵合金和高熵氧化物界面，从而加速了析氧反应过程。凭借这种独特策略，研究团队制备的这种五元异质催化剂，在100毫安每平方厘米电流密度下，100小时后显示出247毫伏的超低过电位；即便工业条件苛刻，电流密度在500毫安每平方厘米下保持500小时后，其活性损失几乎可以忽略不计，具有出色的长期稳定性。
研究显示，高熵氧化物的形成诱导了轨道位错效应，不仅提供了高电活性的位点，而且促进了位点间的电子转移，增强了电活性，实现了高效持久析氧反应。这为设计基于非贵金属高熵合金的精细异质结构提供了思路，同时为构筑高效、稳定的工业电解水催化剂提供了新视角。