Deciphering the Synergy of Multiple Vacancies in High‐Entropy Layered Double Hydroxides for Efficient Oxygen Electrocatalysis

电催化剂 析氧 材料科学 过电位 层状双氢氧化物 氧气 无机化学 阳极 化学工程 催化作用 吸附 电化学 物理化学 电极 化学 生物化学 有机化学 工程类
作者
Yiyue Zhai,Xiangrong Ren,Tao Gan,Liaona She,Qingjun Guo,Na Yang,Bolun Wang,Yao Yao,Shengzhong Liu
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:15 (30) 被引量:48
标识
DOI:10.1002/aenm.202502065
摘要

Abstract Layered double hydroxides (LDHs) hold the promise of designing efficient and long‐lived electrocatalysts for alkaline oxygen evolution reaction (OER), yet control of their activity and durability at ampere‐scale current densities remains a challenge. Here, a high‐entropy LDH anode integrating multiple metal and oxygen vacancies is reported that achieves superior and robust OER under industrial conditions. The molar ratio of Ni:Cr:Co:Zn:Fe in high‐entropy LDHs engineers the electronic structure via the cocktail effect, yielding more high‐valent metal ions that promote the electrochemical restructuring. Using various operando characterizations, the generation of γ ‐NiOOH active‐phase on a high‐entropy LDH surface is identified, triggering the oxygen‐vacancy‐site mechanism (OVSM). Importantly, a volcano relationship is found between intrinsic OER activity (overpotential value) and the local coordination structure of Ni active centers (matching with the Δ G *OH ). The integration of multiple metal and oxygen vacancies significantly optimizes the adsorption‐free energy of oxygen‐containing intermediates that are anchored at Ni active sites, boosting the OVSM. Accordingly, the developed Ni 0.15 Cr 0.15 Co 0.4 Zn 0.1 Fe 0.2 ‐LDH@NF achieves 1 A·cm −2 at 1.81 V and enables stable operation over 300 h in anion exchange membrane water electrolyzer. These findings elucidate the synergistic effects of multiple vacancies in high‐entropy LDH electrocatalysts and enlighten the vacancy engineering for designing high‐efficiency OER catalysts.
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