Carbon‐Supported High‐Entropy Oxide Nanoparticles as Stable Electrocatalysts for Oxygen Reduction Reactions

材料科学 纳米颗粒 化学工程 氧化物 电催化剂 炭黑 电化学 纳米技术 氧气 复合材料 电极 冶金 物理化学 有机化学 化学 工程类 天然橡胶
作者
Tangyuan Li,Yonggang Yao,Byung Hee Ko,Zhennan Huang,Qi Dong,Jinlong Gao,Wilson Chen,Jianguo Li,Shuke Li,Xizheng Wang,Reza Shahbazian‐Yassar,Feng Jiao,Liangbing Hu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:31 (21) 被引量:128
标识
DOI:10.1002/adfm.202010561
摘要

Abstract Nanoparticles supported on carbonaceous substrates are promising electrocatalysts. However, achieving good stability for the electrocatalysts during long‐term operations while maintaining high activity remains a grand challenge. Herein, a highly stable and active electrocatalyst featuring high‐entropy oxide (HEO) nanoparticles uniformly dispersed on commercial carbon black is reported, which is synthesized via rapid high‐temperature heating (≈1 s, 1400 K). Notably, the HEO nanoparticles with a record‐high entropy are composed of ten metal elements (i.e., Hf, Zr, La, V, Ce, Ti, Nd, Gd, Y, and Pd). The rapid high‐temperature synthesis can tailor structural stability and avoid nanoparticle detachment or agglomeration. Meanwhile, the high‐entropy design can enhance chemical stability to prevent elemental segregation. Using oxygen reduction reaction as a model, the 10‐element HEO exhibits good activity and greatly enhances stability (i.e., 92% and 86% retention after 12 and 100 h, respectively) compared to the commercial Pd/C electrocatalyst (i.e., 76% retention after 12 h). This superior performance is attributed to the high‐entropy compositional design and synthetic approach, which offers an entropy stabilization effect and strong interfacial bonding between the nanoparticles and carbon substrate. The approach promises a viable route toward synthesizing carbon‐supported high‐entropy electrocatalysts with good stability and high activity for various applications.
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