碳负载的纳米颗粒是一种极有前途的电催化剂。然而,要实现电催化剂在长期运行过程中保持良好的稳定性,同时保持较高的活性,仍然是一个巨大的挑战。
近日,马里兰大学胡良兵教授,特拉华大学Feng Jiao,伊利诺伊大学芝加哥分校Reza Shahbazian-Y assar报道了一种高稳定性、高活性的电催化剂,通过快速高温加热(1s,1400 K)将高熵氧化物纳米颗粒均匀分散在商品炭黑上。值得注意的是,具有创纪录高熵的HEO纳米颗粒由十种金属元素(即Hf、Zr、La、V、Ce、Ti、Nd、Gd、Y和Pd)组成。
文章要点
1)快速高温合成可以调节纳米粒子的结构稳定性,避免纳米粒子脱落或团聚。同时,高熵设计可以提高化学稳定性,防止元素偏析。
2)以氧还原反应(ORR)为模型,与商用Pd/C电催化剂(12h保留率为76%)相比,10元HEO表现出良好的催化活性,同时稳定性大大提高(12 h保留率为92%,100 h保留率为86%)。
3)优异的电催化性能得益于高熵的组成设计和合成方法,其提供了熵稳定效应和纳米颗粒与碳载体之间强大的界面结合。
该方法为合成稳定性好、活性高的碳载高熵电催化剂提供了一条可行的途径。
参考文献
Tangyuan Li, et al, Carbon-Supported High-Entropy Oxide Nanoparticles as Stable Electrocatalysts for Oxygen Reduction Reactions, Adv. Funct. Mater. 2021
DOI: 10.1002/adfm.202010561
https://doi.org/10.1002/adfm.202010561