Rational Regulation of High-Entropy Perovskite Oxides through Hole Doping for Efficient Oxygen Electrocatalysis

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作者
Gaoliang Fu,Ruipeng Hou,Li Sun,Huili Liu,Yaru Wei,Ruixue Wei,Xiangyu Meng,Shouren Zhang,Baocheng Yang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:17 (5): 7860-7869 被引量:14
标识
DOI:10.1021/acsami.4c20338
摘要

Due to the high configuration entropy, unique atomic arrangement, and electronic structures, high-entropy materials are being actively pursued as bifunctional catalysts for both the oxygen reduction reaction (ORR) and oxygen evolution reaction (OER) in rechargeable zinc-air batteries (ZABs). However, a relevant strategy to enhance the catalytic activity of high-entropy materials is still lacking. Herein, a hole doping strategy has been employed to enable the high-entropy perovskite La(Cr0.2Mn0.2Fe0.2Co0.2Ni0.2)O3 to effectively catalyze the ORR and OER. Hole doping experiments rely on the substitution of Sr2+ for La3+. The optimized La0.7Sr0.3(Cr0.2Mn0.2Fe0.2Co0.2Ni0.2)O3 displays remarkable activity for the ORR and the OER, with a low potential difference of 0.880 V between the half-wave potential of the ORR and the OER potential at 10 mA cm-2, exceeding the majority of perovskite bifunctional catalysts. Further analysis of the electronic structures reveals that hole doping could regulate the eg-orbital filling of the transition-metal cations in high-entropy perovskites to an ideal position and thereby generate many highly active sites to promote the redox activity of oxygen. The assembled rechargeable ZAB with the targeted high-entropy perovskite as the cathode affords a specific capacity of 774.5 mAh gZn-1 under 10 mA cm-2 and durability for a period of 300 cycles, comparable to that of the 20%Pt/C + RuO2 ZAB. This work offers an important approach for the advancement of efficient high-entropy perovskites for ZABs.
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