Boron-Doped NiCoCuMoMn High-Entropy Alloys for Enhanced Electrocatalytic Water Splitting: An Experimental and Computational Study

过电位 非金属 材料科学 析氧 塔菲尔方程 兴奋剂 微晶 催化作用 化学工程 合金 氧气 纳米技术 无机化学 吸附 分解水 拉曼光谱 金属 相(物质) 电化学 电催化剂
作者
Hossein Mahdavi,Maryam Mansoor,Onur Ergen,Uğur Ünal,Hadi Jahangiri
出处
期刊:ACS applied energy materials [American Chemical Society]
卷期号:8 (24): 17793-17804 被引量:6
标识
DOI:10.1021/acsaem.5c02722
摘要

High Resolution Image Download MS PowerPoint Slide High-entropy alloys offer a versatile platform for electrocatalysis, yet their optimization has so far been dominated by transition-metal compositional tuning. Here, we present the first demonstration of boron doping as a powerful nonmetal strategy to engineer high-entropy alloys for water splitting. Incorporating boron into NiCoCuMoMn HEAs drives a dramatic increase in the BCC phase fraction, refines crystallite sizes from the nanometer to subnanometer scale, and induces lattice distortions that create quasi-vacancy active sites. These unique structural modulations, validated by X-ray diffraction, Raman spectroscopy, and electron microscopy, are corroborated by first-principles calculations, showing that substitutional boron lowers oxygen adsorption energies and accelerates oxygen evolution reaction kinetics. As a result, the boron-doped HEA exhibits a breakthrough reduction in the oxygen evolution reaction overpotential (from 300 to 200 mV at 10 mA cm –2 ) and a sharp decrease in the Tafel slope (from 185 to 110 mV dec –1 ) while maintaining long-term stability over 48 h. Although the hydrogen evolution activity is moderately suppressed, this trade-off further confirms the boron-induced modulation of surface energetics. This combined experimental and theoretical study establishes boron doping as a design strategy for high-entropy alloy electrocatalysts, providing mechanistic evidence that nonmetal incorporation can rival metal compositional tuning in dictating catalytic performance.
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