
全球工业眼
氢能作为一种清洁能源载体,其绿色制备路径——例如通过电催化分解水产生氢气——备受关注。高熵合金因其多元素协同效应,在催化反应中展现出优异的活性和稳定性,被认为是下一代电催化材料的有力候选。然而,当前高熵合金的合成方法普遍存在成本高、工艺复杂、难以规模化等问题,且其与半导体材料之间的界面协同机制尚不明确,制约了其在实际光电催化系统中的应用。

图1. PtFeCoNiCu HEA/TiO₂-NF 复合材料的制备流程、结构与电化学表征。a) 阳极氧化与电沉积制备过程示意图;b) TiO₂-NF 截面(左)与 HEA/TiO₂-NF 表面(右)FEG-SEM 图像;c) TiO₂-NF 与 HEA/TiO₂-NF 的 XRD 谱图;d) 不同电极在 1 M KOH 中的线性扫描伏安曲线;e) η₁₀ 处的过电位对比;f) HEA/TiO₂-NF 在光照与黑暗条件下的 LSV 曲线;g) 光照与黑暗状态下 η₁₀ 与 η₁₀₀ 的过电位比较;h) 在 0 V vs. RHE 下光照开关循环的计时电流响应。

图2. PtFeCoNiCu HEA/TiO₂-NF 的化学与结构表征。a) HAADF-STEM 图像及相应 EDX 元素分布图;b) 大面积 HAADF-STEM 图像;c) SAED 衍射花样;d) 界面区域的 HAADF-STEM 图像(左)及对应 FFT 图谱(右);e–j) Ti 2p、Pt 4f、Fe 2p、Co 2p、Ni 2p 和 Cu 2p 的高分辨率 XPS 谱图。
图3. 不同电沉积时间制备的 PtFeCoNiCu HEA/TiO₂-NF 的结构与电化学性能。a) 电沉积过程示意图;b) 电沉积时间为 40、60 和 120 分钟时的表面 FEG-SEM 图像;c) 不同沉积时间样品在光照下的 LSV 曲线;d) η₁₀ 处的过电位统计;e) 在 0 V vs. RHE 下光照开关循环的计时电流曲线;f) 电化学活性面积对比。

图4. 反应温度对 PtFeCoNiCu HEA/TiO₂-NF 电化学性能的影响。a) 不同电解液温度下的反应示意图;b) 在室温、50 和 80 °C 条件下光照时的 LSV 曲线;c) η₁₀ 与 η₁₀₀ 处的过电位汇总;d) 80 °C 黑暗条件下经 10,000 次 HER 循环前后的 LSV 曲线对比;e) 循环测试前后在 η₁₀ 与 η₁₀₀ 的过电位变化。

图5. PtFeCoNiCu HEA/TiO₂-NF 的析氢反应机理研究。a) 在 100–2000 cm⁻¹ 范围内的原位拉曼光谱随电位变化;b) 在 2000–4000 cm⁻¹ 范围内的原位拉曼光谱随电位变化;c) 不同 HER 阶段的反应结构模型;d) HEA 表面吸附 1–6 个 H 原子时的吉布斯自由能变化;e) anatase TiO₂ 表面吸附 1–6 个 H 原子时的吉布斯自由能变化;f) HEA 与 TiO₂ 的原子结构示意图;g) HEA 与 TiO₂ 的氢吸附自由能对比;h) 本研究催化剂与文献报道催化剂在 η₁₀ 的性能对比
【总结展望】