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

组态熵 材料科学 亚稳态 电催化剂 分解水 离子 析氧 催化作用 化学物理 密度泛函理论 同质性(统计学) 过渡金属 金属 相变 相(物质) 熵(时间箭头) 水溶液中的金属离子 电子结构 无机化学 氧气 设计要素和原则 可逆氢电极 金属有机骨架 物理化学 电流密度 化学工程 电解水 电极 热力学 固溶体
作者
Wei Liao,Huaneng Su,Shao‐Xin Mo,Yonghai Cao,Hongjuan Wang,Hongjuan Wang,Hao Yu,Haofan Wang,Haofan Wang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:38 (20): e72791-e72791
标识
DOI:10.1002/adma.72791
摘要

Anion regulation in transition metal compounds provides an effective strategy to modulate their electrocatalytic activity. However, the coexistence of multiple anions often results in thermodynamically favored phase separation, restricting the density and tunability of active sites. To address this limitation, we draw inspiration from the high-entropy strategy, where configurational entropy promotes uniform elemental mixing and is predominantly applied in multi-metal systems. Here, we extend this design to anion regulation, employing diverse anionic components to enhance configurational entropy, suppress the enthalpy-driven phase separation, and achieve thermodynamically stable single-phase structures. The atomic-level anion homogeneity thereby enables precise modulation of the electronic structure of metal sites. As a proof of concept, a multi-anion electrocatalyst containing hydroxide, sulfide, selenide, and phosphate anions is successfully synthesized and achieves low overpotentials of 25 mV for hydrogen evolution and 146 mV for oxygen evolution at 10 mA cm-2. When integrated into an anion-exchange membrane water electrolyzer, the catalyst delivers a current density of 1,000 mA cm-2 at 1.98 V and maintains stable operation for 200 h at 25 °C. Focusing on anionic configurational entropy, this study thermodynamically stabilizes conventionally metastable multi-anion compounds, broadens the scope of medium/high-entropy materials, and provides guidance for the design of next-generation electrocatalysts.
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