近日，上海交通大学材料科学与工程学院尖端物质结构研究中心刘攀课题组在电催化水分解多孔电极研究中取得新进展，该成果以“Entropy-Stabilized Multicomponent Porous Spinel Nanowires of NiFeXO4 (X = Fe, Ni, Al, Mo, Co, Cr) for Efficient and Durable Electrocatalytic Oxygen Evolution Reaction in Alkaline Medium”为题发表在高水平期刊ACS Nano上。材料科学与工程学院博士生张棋雯为论文第一作者，刘攀副教授、金属基复合材料国家重点实验室宋钫副教授为共同通讯作者。团队长期致力于结构功能一体化金属及其复合材料结构特性研究，该成果得到了国家自然科学基金面上项目、重点项目和创新研究群体项目（52173224、51821001、52130105和51902200）等的资助。

间歇性的太阳能和风能可以通过电解水产生氢气的形式储存起来。然而，由于贵金属催化剂的大量负载，电催化水分解的成本仍然很高，而且这些催化剂还不够耐用。析氧反应(OER)是电催化水分解的关键半反应，其基准催化剂是IrO2和RuO2，成本高昂且难以获得。开发高效、耐用、低成本的OER电催化剂对水分解技术的深入应用至关重要。基于此，该研究报告了一种共晶脱合金策略，以共晶Al-Fe-Ni-X（X = Fe, Ni, Al, Mo, Co, Cr）合金为前驱体，研制出多达四种金属阳离子取代的多孔尖晶石高熵氧化物NiFeXO4（X = Fe, Ni, Al, Mo, Co, Cr）纳米线。多孔高熵氧化物纳米线在195 mV的过电位下提供了10 mA cm-2的基准电流密度，超过了大多数尖晶石相OER电催化剂，催化稳定性超过115小时。显微学与谱学表征发现，多种多价阳离子取代引起巨大的晶格畸变和过渡金属 3d 与 O 2p 轨道的强烈电子耦合，共价性增强。结合理论计算表明，金属阳离子组元越多，构型熵越高，Fe/Ni-d带中心与O-p带中心的差值越小，Fe-O或Ni-O键的共价性越强，多元素取代的熵稳定NiFeXO4有利于OER过程中H2O分子的吸收，并降低了OOH*中间体的吸附能垒，加速了OER过程。这项工作展示了一种合成多组分尖晶石的有效方法，并证明了多元素取代策略可以制备出高耐久性和高活性的尖晶石型高熵氧化物多孔电极，这种催化电极满足了实际应用中对卓越性能要求，极大地提高了尖晶石基电极的催化活性和稳定性。

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.2c10247

图1. 多孔尖晶石高熵氧化物NiFeXO₄纳米线的合成

图2. 多孔尖晶石高熵氧化物NiFeXO₄纳米线的微观结构表征。

图3. 电化学催化性能测试

图4. EELS图谱

图5. 应变分析

撰稿：张棋雯