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研究概述

设计高效且成本低廉的酸性析氧反应（OER）催化剂对于优化用于制氢的质子交换膜水电解槽（PEMWE）至关重要。

2025年3月17日，中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心陈维、中国科学技术大学李震宇在国际知名期刊Angewandte Chemie International Edition上发表题为《Iridium-free High-Entropy Alloy for Acidic Water Oxidation at High Current Densities》的研究论文。

在本研究中，研究团队介绍了一种简单且快速合成五元高熵钌基合金（RuMnFeMoCo）的方法，用于酸性OER。这种不含铱的催化剂表现出低过电位（170 mV）和卓越的稳定性：在0.5 M H₂SO₄中以10 mA cm^-2的电流密度持续运行1000小时，性能几乎没有下降。

微观结构分析和密度泛函理论（DFT）计算表明，加入耐腐蚀元素如钌、钼和钴，增强了催化剂在酸性条件下的整体稳定性。同时，锰、铁和钴的存在显著降低了OER过程中速率决定步骤的能量势垒，从而加速了OER动力学并降低了过电位。

采用RuMnFeMoCo催化剂的PEMWE在500 mA cm^-2和1000 mA cm^-2的高电流密度下稳定运行超过300小时，性能几乎没有衰减。

这项工作展示了一种通过协同整合多种元素的优势来设计高性能OER电催化剂的策略，可能克服了催化剂开发中通常遇到的活性与稳定性之间的权衡问题。

图文解读

图1：催化剂的合成与表征

图2：电催化OER性能测试

图3：电子态和原子结构表征

文献信息

Chen J., Ma J., Huang T. et al. Iridium-free High-Entropy Alloy for Acidic Water Oxidation at High Current Densities. Angew. Chem. Int. Ed. (2025). https://doi.org/10.1002/anie.202503330.

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