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A High‐Entropy Oxyhydroxide with a Graded Metal Network Structure for Efficient and Robust Alkaline Overall Water Splitting

分解水 析氧 材料科学 电解 电解水 密度泛函理论 催化作用 贵金属 化学工程 金属 纳米技术 化学 电化学 物理化学 计算化学 电极 光催化 冶金 电解质 工程类 生物化学
作者
Chenxu Zhang,Di Yin,Yuxuan Zhang,Yuxiang Sun,X.B. Zhao,Wugang Liao,Johnny C. Ho
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
标识
DOI:10.1002/advs.202406008
摘要

Abstract Designing high‐entropy oxyhydroxides (HEOs) electrocatalysts with controlled nanostructures is vital for efficient and stable water‐splitting electrocatalysts. Herein, a novel HEOs material (FeCoNiWCuOOH@Cu) containing five non‐noble metal elements derived by electrodeposition on a 3D double‐continuous porous Cu support is created. This support, prepared via the liquid metal dealloying method, offers a high specific surface area and rapid mass/charge transfer channels. The resulting high‐entropy FeCoNiWCuOOH nanosheets provide a dense distribution of active sites. The heterostructure between Cu skeletons and FeCoNiWCuOOH nanosheets enhances mass transfer, electronic structure coupling, and overall structural stability, leading to excellent activities in the oxygen evolution reaction (OER), hydrogen evolution reaction (HER), and water splitting reaction. At 10 mA cm −2 , the overpotentials for OER, HER, and water splitting in 1.0 m KOH solution are 200, 18, and 1.40 V, respectively, outperforming most current electrocatalysts. The catalytic performance remains stable even after operating at 300 mA cm −2 for 100, 100, and over 1000 h, correspondingly. This material has potential applications in integrated hydrogen energy systems. More importantly, density functional theory (DFT) calculations demonstrate the synergy of the five elements in enhancing water‐splitting activity. This work offers valuable insights for designing industrial water electrolysis systems.

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