Natrue子刊：高熵尖晶石氧化物中混合协同应变，显著提高OER活性

电化学水分解产氢被认为是一种减少传统化石能源消耗和改善环境问题的可持续策略。然而，由于阳极析氧反应(OER)缓慢的动力学，严重限制了电解水产氢效率。因此，有必要设计和开发高效的催化剂以加速OER反应动力学。

目前，贵金属基催化剂，如IrO₂和RuO₂是OER反应的基准催化剂，但是贵金属昂贵的价格和稀缺性限制了其大规模应用，这促使人们将关注点集中到非贵金属催化剂的研究。高熵氧化物(HEOs)由于具有优异的组分可调性和物理和化学稳定性，其在催化OER方面引起了人们广泛的关注。

然而，由于HEOs合成过程的复杂性以及缺乏一个合适的计算模型来描述稳定性和OER的活性，对HEOs催化OER性能的深层次研究在实验和理论上仍然存在不足，并且对于OER活性位点和它们的活性来源的鉴定仍存在困难，这限制了HEOs催化剂的进一步发展。

基于此，斯坦福大学郑晓林和SLAC国家加速器实验室Michal Bajdich等开发了一个HEO杂质模型来描述任何金属氧化物HEO的稳定性和OER活性，该模型不需要构造任意混合物的完全周期体模型，只需要在活性位点附近进行局部混合即可形成。

用该模型计算的混合焓表明，在1000 °C时，尖晶石型HEO (CoFeNiCrMn)体系是热力学稳定的，并且研究人员进一步用溶胶-火焰法在1000 °C下实验合成了含有五种阳离子和一到四种金属离子的尖晶石氧化物HEO。电化学性能测试结果显示，与金属阳离子数量较少的氧化物相比，HEO具有最低的过电位(约307 mV，10 mA cm⁻²)、最小的Tafel斜率(34.7 mV dec⁻¹)，以及最好的稳定性(10 mA cm⁻²下连续反应168小时后过电位增加12%)。

值得注意的是，金属离子之间的相互作用对OER活性的影响是相当复杂的。从Co的二元氧化物出发，添加Fe对活性的提高可以忽略不计，而添加Ni则显著提高了活性；对于五元氧化物，Mn与CoFeNi的复合对OER活性略有改善，而Cr的效果最好。此外，该模型还预测，由于各种活性位点的吸附能可调，含Co的HEO的活性最高，其次是Cr和Fe以及测量过程中形成的羟基氧化物。

最后，由于大量稳定的局部键合结构，HEO中的OER活性由活性金属位点-O键的局部应变控制，其中键的收缩(膨胀)导致较弱(较强)的OER表面热力学。综上，该项研究表明，由于HEO具有丰富的稳定的热力学构型和局部应变效应，从而产生了广泛的活性位点，因此有望成为一种性能可调的电催化剂。

Synergistic Effects of Mixing and Strain in High Entropy Spinel Oxides for Oxygen Evolution Reaction. Nature Communications, 2023. DOI: 10.1038/s41467-023-41359-7

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Natrue子刊：高熵尖晶石氧化物中混合协同应变，显著提高OER活性

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