Electrocatalytic performances of high-entropy spinel oxide (Cr1/5Mn1/5Ni1/5Fe1/5Co1/5)3O4 for oxygen reduction/evolution reactions in alkaline electrolyte

过电位 尖晶石 析氧 电解质 氧化物 材料科学 催化作用 化学 无机化学 化学工程 电极 冶金 物理化学 电化学 生物化学 工程类
作者
Yunzhu Du,F. Yang,Jing‐Feng Li,Min Jiang,Jiewei Yin,Qiaodan Hu,Junliang Zhang
出处
期刊:Journal of Alloys and Compounds [Elsevier]
卷期号:1004: 175923-175923 被引量:15
标识
DOI:10.1016/j.jallcom.2024.175923
摘要

High-entropy spinel oxide (Cr1/5Mn1/5Ni1/5Fe1/5Co1/5)3O4 (CMNFCO) and its low- and medium-entropy counterparts including FeCo2O4 (FCO), (Ni1/3Fe1/3Co1/3)3O4 (NFCO), (Mn1/4Ni1/4Fe1/4Co1/4)3O4 (MNFCO) were prepared via a simple hydrothermal method, and their electrocatalytic performances towards oxygen reduction reaction (ORR) and oxygen evolution reaction (OER) in 0.1 M KOH were investigated. Among all the synthesized spinel oxides, the high-entropy CMNFCO showed the best ORR activity with an onset potential Eonset = 0.88 V, a half-wave potential E1/2 = 0.76 V and excellent ORR durability with 91.5 % current retained after 33 h-chronoamperometry test at 0.287 V vs. RHE. On the other hand, CMNFCO showed mediocre OER activity with an overpotential of 411 mV at 10 mA·cm−2, which is more than 20 mV higher than the medium-entropy composition MNCFO. An Al-air battery using CMNFCO as the cathode catalyst was assembled and exhibited a maximum power density of 148.8 mW·cm−2. Surface reconstruction of the high-entropy spinel in the electrolyte was revealed by in situ Raman spectroscopy. Based on the present study, we conclude that increasing the number of constituent elements does not necessarily improve the OER activity, but it may lead to surface reconstruction to benefit ORR.
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