Sub‐3 nm High‐Entropy Alloy Nanoparticles with Triple Functionalities for Efficient Electrolytic Hydrogen Production

材料科学 离解(化学) 催化作用 纳米颗粒 制氢 化学工程 密度泛函理论 合金 拉曼光谱 电解质 交换电流密度 纳米技术 物理化学 电极 电化学 计算化学 冶金 化学 工程类 物理 光学 塔菲尔方程 有机化学 生物化学
作者
Ying Zhang,Hui Li,Xu Liu,Zhen Xin Hui,Zhiwen Chen,Jian Li,Zi Wen,Chun Cheng Yang,Qing Jiang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:37 (42): e08975-e08975 被引量:37
标识
DOI:10.1002/adma.202508975
摘要

Abstract High‐entropy alloys (HEA) exhibit great promise for alkaline hydrogen evolution reaction (HER) due to tunable structures, yet suffer from low atomic utilization, insufficient current density, and unclear catalytic mechanism. Herein, ultrasmall sub‐3 nm PtRuFeCoNiCu HEA nanoparticles are synthesized on carbon fiber paper (CFP) via a 0.5 s ultraquick thermal shock strategy (us‐HEA/CFP). The as‐prepared hybrid demonstrates the best‐level performance among reported catalysts, achieving ultralow overpotentials of 31.4 and 102.5 mV at ‐100 and ‐1000 mA cm −2 , respectively, in alkaline media. Such exceptional catalytic performance stems from the triple‐functional nature of the HEA surface: Ru‐dominated regions facilitating rapid H 2 O dissociation, FeCoNiCu sites enabling optimal H * diffusion kinetics, and Pt‐rich zones promoting efficient H * combination. This synergistic dissociation‐diffusion‐combination mechanism has been unequivocally validated via in situ Raman spectroscopy and density functional theory calculations. Practically, the assembled anion exchange membrane electrolyzer only requires 1.94 V to deliver 1000 mA cm −2 and can operate stably for 500 h, showing strong potential for large‐scale H 2 production.
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