在氢能源发展的背景下，催化剂的创新显得尤为重要。2024年8月27日，浙江理工大学的研究团队在《Journal of Alloys and Compounds》期刊上发表了关于FeCoNiPtRu高熵合金催化剂的研究，探讨了其在水分解过程中的优异性能和潜力。
发刊团队：浙江理工大学张明研究团队
期刊名称：《Journal of Alloys and Compounds》
论文名称：Carbothermal shock synthesis of FeCoNiPtRu high-entropy alloy for dual-function water splitting in alkaline media
催化剂的合成与表征
图1：合成过程与表征
图1展示了FeCoNiPtRu高熵合金催化剂的合成过程。研究团队采用碳热冲击法在碳纸上涂覆金属前驱体，并在惰性气体氛围中进行加热和冷却，成功合成了FeCoNiPtRu高熵合金。XRD结果显示，催化剂主要呈PtCo相结构，伴有轻微的晶格畸变，归因于多种金属元素的混合与快速冷却过程。TEM图像显示，纳米颗粒均匀分散，平均粒径约为33 nm，表面被一层碳层包裹，这增强了催化剂与碳纸的结合力。
图2：XPS分析
图2通过XPS分析催化剂的元素组成和价态，结果表明，FeCoNiPtRu催化剂由Fe、Co、Ni、Pt和Ru五种元素组成，并主要以金属态存在，伴有少量高价态，表明金属元素之间存在显著的协同效应。
催化性能评估
图3：析氢反应性能
图3展示了FeCoNiPtRu催化剂在碱性介质中的析氢反应性能。与FeCoNi、FeCoNiPt和FeCoNiRu等催化剂相比，FeCoNiPtRu催化剂展现出更低的过电位和更优的动力学性能。在10 mA/cm²的电流密度下，FeCoNiPtRu催化剂的过电位仅为104 mV，且具有较低的Tafel斜率，表明其析氢反应过程更加顺畅。此外，该催化剂在100 mA/cm²的电流密度下连续运行100小时后，过电位仅略有下降，显示出优良的稳定性。
图4：析氧反应性能
图4展示了FeCoNiPtRu催化剂在碱性介质中的析氧反应性能。该催化剂在10 mA/cm²的电流密度下，过电位为331 mV，显示出比其他催化剂更低的过电位和更好的动力学性能。在100小时的连续运行中，过电位变化不大，表明其稳定性良好。
整体水分解性能
图5：整体水分解应用
图5展示了FeCoNiPtRu催化剂在整体水分解中的应用。作为电解水全解过程的阴极和阳极，FeCoNiPtRu催化剂在10 mA/cm²下表现出1.69 V的电压，表明其高效的整体水分解能力。经过100小时的测试，该催化剂的性能稳定，进一步证明了其作为双功能催化剂的应用潜力。
总结与展望
该研究表明FeCoNiPtRu高熵合金在碱性介质中作为双功能催化剂的巨大潜力，为氢能源的开发提供了新的思路。
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