华南理工大学王浩帆AM：阴离子构型熵稳定多阴离子电催化剂助力高效水分解

第一作者：廖伟

通讯作者：王浩帆

单位：华南理工大学

电解水制氢因其能将可再生能源转化为高纯氢能，被认为是实现绿色氢能生产的重要技术路径。其中，开发兼具高活性与高稳定性的非贵金属电催化剂，是推动该技术实际应用的关键。对于过渡金属化合物而言，阴离子调控能够显著改变金属中心的局域电子结构，从而优化反应中间体吸附行为并提升催化性能，因此已成为电催化材料设计中的重要方向。然而，多阴离子体系虽然在理论上具有更丰富的调控维度，但在实际构筑过程中往往容易发生相分离。不同阴离子由于尺寸、电负性和成键特征差异较大，通常难以在晶格中实现均匀共存，最终形成热力学更稳定的多相结构。这种不均匀分布会使多阴离子的协同作用仅局限于局部界面区域，限制整体活性位点的统一调控。

近日，华南理工大学王浩帆副教授在国际知名期刊Advanced Materials上发表题为“Multi-Anion Electrocatalysts Stabilized by Anionic Configurational Entropy for Advanced Water Splitting”的研究文章。该工作围绕多阴离子电催化材料中普遍存在的相分离问题，提出了一种阴离子构型熵工程策略。通过提升阴离子亚晶格的构型熵，有效抑制多阴离子体系的相分离倾向，成功构筑了热力学稳定的单相多阴离子催化剂。这种阴离子构型熵增策略能够实现多种阴离子的均匀分布，并在整体尺度上调控金属位点电子结构，从而显著提升析氢和析氧反应性能。

本研究将高熵设计理念由传统多金属体系拓展至阴离子亚晶格，提出以阴离子构型熵稳定多阴离子结构的新思路。阴离子种类增加显著提升体系构型熵有效抵消混合过程中的不利焓效应，从而抑制多阴离子材料中常见的相分离现象，推动形成热力学稳定的单相结构。

多阴离子化合物中均匀分布的阴离子不再局限于局部界面调控，而是扩展到更大范围的活性位点。由此带来的局部配位环境变化和电子结构重构，为提升整体本征活性提供了重要基础，也体现了单相多阴离子体系在结构设计上的独特优势。

得益于单相多阴离子结构带来的协同调控效应，NiFeZn-SSeP(OH)/NF 在 HER 和 OER 中均表现出优异活性。在碱性条件下，其 HER 在 10 mA cm−2 和 100 mA cm−2 下分别仅需 25 mV 和 129 mV 的过电位，OER 在相同电流密度下分别需要 146 mV 和 193 mV 的过电位。进一步在阴离子交换膜电解槽中，该催化剂于 1.98 V 下即可达到 1000 mA cm−2，并保持长时间稳定运行，展现出面向实际电解水应用的潜力。

Multi-Anion Electrocatalysts Stabilized by Anionic Configurational Entropy for Advanced Water Splitting

王浩帆，华南理工大学化学与化工学院副教授，博士生导师。从事能源电催化领域的研究工作，以第一作者/通讯作者身份在Adv. Mater.、Angew. Chem. Int. Ed.、Chem. Soc. Rev.、Matter、Nano Lett.、Adv. Funct. Mater.等期刊发表论文20余篇，包括7篇论文入选ESI高被引论文。先后主持国家自然科学基金、广东省自然科学基金等多项科研项目，获得2020年中国化工学会科学技术奖基础研究成果一等奖等奖励。

廖伟，华南理工大学化学与化工学院博士研究生，导师为王浩帆副教授。主要研究方向为电解水制氢以及氧还原反应电催化剂的设计和开发。以第一作者身份在Adv. Mater.、Chin. J. Catal.、J. Mater. Chem. A等期刊发表SCI论文5篇。

华南理工大学纳米材料与纳米催化中心（CNN）成立于2003年，目前研究中心有余皓教授、王红娟副教授、曹永海副研究员、王浩帆副教授4位老师。课题组主要从事光化学催化、电化学催化、气固相催化、气液固相催化、环境治理等领域的研究。欢迎对相关研究有兴趣的老师交流指导，并欢迎致力于科学探索的同学报考硕士、博士研究生。课题组网站：https://www2.scut.edu.cn/cnn_ch。