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Entropy‐Mediated Gradient Oxygenophilic Architecture on High‐Entropy Alloy for Dynamic Spillover and Bifunctional Hydrogen Electrocatalysis

双功能 过电位 电催化剂 材料科学 密度泛函理论 化学物理 催化作用 合金 纳米技术 氢溢流 双功能催化剂 溢出效应 化学工程 硫族元素 碳纤维 分解水 动能 工作(物理) 计算化学 电子转移
作者
Yanfu Tong,Xuejin Li,Xiaoning Wang,Lianming Zhao,Weiyue Luo,Zhenyu Huang,Pengyun Liu,Zifeng Yan,Yuan Pan,Wei Xing
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:38 (9): e17450-e17450 被引量:3
标识
DOI:10.1002/adma.202517450
摘要

ABSTRACT Breaking scaling relations and overcoming kinetic limitations in multistep hydrogen electrocatalysis remains a fundamental challenge. In this work, we designed and synthesized a high‐entropy alloy catalyst comprising Ir, Ru, Mo, W, and Cu supported on nitrogen‐doped carbon spheres. This unique structure creates active sites with a quasi‐continuous distribution of binding energies for H* and OH* intermediates. Density functional theory (DFT) calculations confirm that the random spatial arrangement of sites enables low‐energy‐barrier spillover pathways for H* and OH* (χ H* max = 0.27 eV; χ OH* max = 0.61 eV), while continuous d‐orbital coupling facilitates efficient electron transfer. This design enables each elementary step of hydrogen oxidation and evolution reactions (HOR/HER) to be directed to a site with favorable energetics. As a result, it exhibits exceptional bifunctional performance with a HOR mass activity of 8.83 A mg −1 and an HER overpotential of only 11 mV at 10 mA cm −2 , significantly outperforming commercial Pt/C com and previously reported catalysts. Operando spectroscopy and DFT analyses reveal that the gradient energy landscape promotes dynamic intermediate spillover, preventing site blocking and enhancing reaction kinetics. This work establishes a universal design strategy develop high‐performance electrocatalysts that transcend conventional Sabatier principle limitations.
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