Unlocking High‐Efficiency Overall Water Electrolysis Through Structurally Ordered High‐Entropy Intermetallics‐Confined Few‐Layered Graphene

材料科学 石墨烯 电催化剂 析氧 电解 电解水 堆栈(抽象数据类型) 电流密度 催化作用 分解水 化学工程 三元运算 纳米晶 化学物理 氢 碱性水电解 纳米技术 交换电流密度 密度泛函理论 离子 电流(流体) 电化学 离子交换 氧气 电子 纳米结构 制氢 电子结构 碳纤维 电极
作者
Phan Khanh Linh Tran,Thanh Hai Nguyen,Thi Thuy Nga Ta,Van An Dinh,Chung‐Li Dong,Nguyen Tram Anh Duong,Duy Thanh Tran,Nam Hoon Kim,Joong Hee Lee
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:15 (42) 被引量:5
标识
DOI:10.1002/aenm.202503485
摘要

Abstract High entropy alloys have attracted great attention due to their diverse compositions and tailorable properties, in which the structurally ordered high‐entropy alloys (O‐HEA) show more stable electrons on the surface to effectively enhance proton and intermediate transformations than their disordered counterparts. In this study, a structural capsule architecture of ultrasmall O‐HEA nanocrystals composed of Pt, Co, Ni, Fe, and Cu uniformly confined by few‐layered graphene (PCFNC@Gr) is rationally designed. The PCFNC@Gr exhibits remarkable catalytic performance for both hydrogen evolution and oxygen evolution reaction (HER and OER) with required overpotentials of 52.1 and 280 mV, respectively, at a current density of 10 mA cm −2 , and demonstrates excellent long‐term stability in alkaline medium. Theoretical calculation confirms that multiple active surface sites owning the unique electronic states of the ordered PCFNC HEA are key factors to enhance HER and OER activities. The anion exchange membrane water electrolyzer stack employing PCFNC@Gr‐based electrodes can operate an industrial current density of 1000 mA cm −2 at a stack voltage of 1.95 V while maintaining a durability over 1000 h with a high efficiency of 64.5%. This achievement suggests a proof‐of‐concept for designing potential O‐HEA@Gr electrocatalyst as high‐performance and low‐cost candidates to replace current commercial catalysts.
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