A High-Entropy Oxide as High-Activity Electrocatalyst for Water Oxidation

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作者
Mohana V. Kante,Moritz L. Weber,Shu Ni,Iris C. G. van den Bosch,Emma van der Minne,Lisa Heymann,Lorenz J. Falling,Nicolas Gauquelin,Martina Tsvetanova,Daniel M. Cunha,Gertjan Koster,Felix Gunkel,Slavomír Nemšák,Horst Hahn,Leonardo Velasco,Christoph Baeumer
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:17 (6): 5329-5339 被引量:83
标识
DOI:10.1021/acsnano.2c08096
摘要

High-entropy materials are an emerging pathway in the development of high-activity (electro)catalysts because of the inherent tunability and coexistence of multiple potential active sites, which may lead to earth-abundant catalyst materials for energy-efficient electrochemical energy storage. In this report, we identify how the multication composition in high-entropy perovskite oxides (HEO) contributes to high catalytic activity for the oxygen evolution reaction (OER), i.e., the key kinetically limiting half-reaction in several electrochemical energy conversion technologies, including green hydrogen generation. We compare the activity of the (001) facet of LaCr0.2Mn0.2Fe0.2Co0.2Ni0.2O3-δ with the parent compounds (single B-site in the ABO3 perovskite). While the single B-site perovskites roughly follow the expected volcano-type activity trends, the HEO clearly outperforms all of its parent compounds with 17 to 680 times higher currents at a fixed overpotential. As all samples were grown as an epitaxial layer, our results indicate an intrinsic composition-function relationship, avoiding the effects of complex geometries or unknown surface composition. In-depth X-ray photoemission studies reveal a synergistic effect of simultaneous oxidation and reduction of different transition metal cations during the adsorption of reaction intermediates. The surprisingly high OER activity demonstrates that HEOs are a highly attractive, earth-abundant material class for high-activity OER electrocatalysts, possibly allowing the activity to be fine-tuned beyond the scaling limits of mono- or bimetallic oxides.
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