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海水电解制氢是绿色清洁能源生产的重要技术，但海水的复杂成分使其电解面临腐蚀和副反应的挑战。为此，高熵合金（HEA）因其优异的抗腐蚀性和催化活性，成为理想的电催化材料。本研究利用CO₂激光诱导法，在常温常压下快速制备了FeNiCoCrRu高熵合金纳米颗粒。通过此方法制备的HEA展现出卓越的氢析出（HER）和氧析出（OER）双功能催化性能，同时在3000小时的高电流密度下仍保持稳定，为大规模海水电解提供了可能的解决方案。
成果简介
通过CO₂激光诱导法制备的FeNiCoCrRu HEA纳米颗粒，在碱性海水中实现了高效的双功能电催化表现。在600 mA/cm²的电流密度下，HER的过电位仅为0.148 V；在300 mA/cm²下，OER的过电位为0.353 V。此外，这种催化剂在250 mA/cm²的电流密度下运行超过3000小时，电压几乎没有显著上升，表明其具有极高的稳定性。通过原位拉曼光谱分析，研究揭示了Ni和Ru位点在HER和OER中的不同作用机制，进一步加深了对HEA设计与电解水效率关系的理解。
研究亮点
创新制备方法：首次使用CO₂激光在常温常压下制备HEA纳米颗粒，不仅大幅提高了制备效率，还降低了能耗。
卓越的电催化性能：在高电流密度下表现出低过电位和优异的稳定性，显著优于传统催化剂。
机制研究突破：原位拉曼光谱揭示了Ni和Ru在HER和OER中的不同活性作用，为HEA材料在电解水领域的应用提供了理论支持。
配图精析
图1：展示了FeNiCoCrRu HEA纳米颗粒的制备过程示意图，使用CO₂激光直接在碳纸基底上诱导形成纳米结构。
图2：通过扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）观察到FeNiCoCrRu HEA的均匀分布与多孔结构，有助于增加催化剂的活性位点。
图3：X射线光电子能谱（XPS）表征了HEA的表面化学态，证实了各金属元素的存在及其不同的化学形态，这种多态协同作用提升了电催化活性。
图4：在碱性海水电解条件下，FeNiCoCrRu HEA的HER和OER性能对比曲线，表明其显著优于传统Pt/C和RuO₂催化剂。
图5：原位拉曼光谱显示，在HER过程中，Ni位点促进水分子解离，而Ru位点加速氢中间体的结合；在OER过程中，Ni位点则有助于OH*的脱氢生成O₂。
展望
本研究展示了一种通过CO₂激光快速制备HEA纳米催化剂的新方法，制备出的FeNiCoCrRu HEA不仅表现出卓越的电催化性能和超长的稳定性，还具有低能耗、可扩展的优点。未来，该制备方法有望推广至其他高效电催化剂的开发，为清洁能源的规模化生产提供支持。
文献信息
期刊：Energy & Environmental Science
DOI：10.1039/d4ee01093k
原文链接：https://doi.org/10.1039/d4ee01093k
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