High‐Entropy Topologically Close‐Packed Ir Alloys Enable Interatomic Hydrogen Spillover for Hydrogen Evolution toward High‐Performing Anion Exchange Membrane Water Electrolyzers

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作者
Qiyan Wu,Yunan Li,Yuzhe Cao,Jinhui Li,Jialun Mao,Xuan Liu,Wei Qu,Pengfei Yan,Zhao Cai,Haifeng Lv,Yunhui Huang,Qing Li
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:65 (1): e17120-e17120 被引量:15
标识
DOI:10.1002/anie.202517120
摘要

Abstract The efficiency of alkaline hydrogen evolution reaction (HER) is strictly restricted by the insufficient active hydrogen supply. Here, we develop high‐entropy topologically close‐packed C15‐(IrRh) 2 PrNdTb nanocrystals with enhanced interatomic hydrogen spillover from oxophilic sites (Pr/Nd/Tb) to nucleophilic sites (Ir/Rh) as efficient HER electrocatalysts for anion exchange membrane water electrolyzers (AEMWEs). Compared to the disordered (A1) counterpart, intermetallic C15‐(IrRh) 2 PrNdTb features a higher coordination number for Pr/Nd/Tb and a more electron‐rich environment for Ir/Rh with compressed Ir–Ir(Rh) bonds. In 1.0 M KOH, C15‐(IrRh) 2 PrNdTb reveals an ultralow HER overpotential of only 8 and 34 mV to reach 10 and 100 mA cm −2 , respectively. The AEMWE with C15‐(IrRh) 2 PrNdTb cathode delivers an industrial‐level current density of 1 A cm −2 at only 1.69 V, and could be operated stably for over 2000 h (64 µV h −1 loss), representing one of the best alkaline HER catalysts ever reported. The markedly enhanced hydrogen adsorption/desorption kinetics on C15‐(IrRh) 2 PrNdTb demonstrates an additional active hydrogen migration step via hydrogen spillover during HER. Density functional theory (DFT) calculations indicate that the strong d ‐ f orbital coupling in C15‐(IrRh) 2 PrNdTb establishes efficient interatomic hydrogen spillover pathways through Pr(Nd/Tb)–Ir(Rh) hollow site to Ir(Rh)–Ir(Rh) bridge site to Ir(Rh)–Ir(Rh) hollow site, thereby accelerating HER kinetics.
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