成大《AFM》：一种用于析氧反应的新型高熵钙钛矿氧化物电催化剂！

氢能是最重要的清洁和可再生能源之一。氢气可以通过蒸汽重整或电化学水分解来生产。在电化学水解中，存在两个电子转移析氢反应(HER)和四个电子转移析氧反应(OER)，而后者控制着水分解的效率。由于高成本和大多数活性氧化钌(RuO₂)和氧化铱(IrO₂)催化剂的缺乏，基于过渡金属的替代品正在被深入研究。它们包括各种氧化物、氧(氢氧化物)、亚硫酸盐、磷化物和氮化物。在这些化合物中，钙钛矿氧化物(ABO₃)表现出独特的物理和化学性质。

来自中国台湾国立成功大学等单位的研究人员报道了一种用于析氧反应的新型镧基高熵钙钛矿氧化物电催化剂。铁锰氧化物中的硼位晶格由五种连续的第一排过渡金属组成，包括铬、锰、铁、钴和镍。本文还研究了等摩尔和非等摩尔HEPO电催化剂的OER电催化性能。在非等摩尔HEPOs中，五种过渡金属之一的浓度在单个样品中出现加倍的情况。结果表明，所有钙钛矿氧化物的性能都优于单个钙钛矿氧化物。优化后的镧(CrMnFeCo₂Ni)O₃ HEPO在10mA/cm²的电流密度下表现出325毫伏的优异OER过电势，并且在测试50小时后仍然表现出优异的电化学稳定性。相关论文发表在Advanced  Functional Materials上。

论文链接：

https://doi.org/10.1002/adfm.202101632

图1|a) XRD图谱和b) HEPOs的FTIR光谱。c) L5M，d) L5M2Cr，e)L5M2Mn，f) L5M2Fe，g) L5M2Co，h) L2M2Ni的SEM图像。

图2|a)透射电子显微镜和b)HRTEM图像，c)SAED模式和d）L5M2Co的STEM映射。

图3|a) La 3d，b) Cr 2p，c) Mn 2p，d) Fe 2p，e) Co 2p，f)Ni 2p和g) 的O1s XPS光谱。

图4| a)极化LSV曲线，b)电流密度为10mA·/cm²时的超电势和TOF值

图5|a）电流密度为10mA·cm^-2时，ECSA标准化过电位与各种高能物理中Co³⁺/Co²⁺比率的关系。

图6| a)L5M2n50h耐久性试验b)50h稳定性试验前后的极化曲线。

图7| 1)扫描电子显微镜图像，2)透射电子显微镜图像，3)HRTEM，4)SAED，e)L5M2Co经过OER测试后的STEM图谱

总的来说，本文用沉淀法合成了一系列新的单相高熵钙钛矿纳米粒子氧化物，然后进行后退火。总共有五种不同金属（包括铬、锰、铁、钴和镍）在b位晶格中，这使得钙钛矿成为高熵材料。另一方面，本文还制备了等摩尔和非等摩尔高熵纳米粒子，并研究了它们的OER电催化性能。本文首次表明，铁磷酸盐的性能优于单钙钛矿氧化物。然后通过加倍浓度来研究b位晶格中每种金属的活性贡献。倍增Co显示出最高的效率，在10mA/cm²时产生325 mV的优异过电位，51.2mv dec^-1的低Tafel斜率，以及50小时的优异耐久性。这项研究也为合成各种潜在应用的高熵材料提供了思路。（文：SSC）