高熵合金量子点析氢催化剂

超低过电位

这种量子点通过强跨界电子转移降低了Tafel步骤能垒，使析氢动力学远快于常规Pt/C催化剂。

Zhao, Hao · Liu, Mengyuan · Qiansen, Wang · Li, Yuze · Chen, Yubin · Yanping, Zhu · 乐舟莹 · 李隽 · Wang, Guoliang · 邹志青 · 程庆庆 · Yang, Hui

Energy and Environmental Sciences 2024

参数信息

过电位

11 mV

电解槽电压

1.65 V

电压衰减速率

-12.2 μV h⁻¹

氢气能耗

3.98 kWh N m⁻³

氢气成本

0.88 US$ kg⁻¹

技术优势

过电位比Pt/C低

高熵合金量子点在10 mA cm⁻²下过电位仅11 mV，明显低于Pt/C的18 mV。

贵金属用量大幅降低

阴极铂钌总载量仅100 μg cm⁻²，仍能高效运行，显著节约贵金属成本。

长期运行电压不升反降

在1.0 A cm⁻²下运行1000小时，电解槽电压以−12.2 μV h⁻¹的速率下降，而非通常的上升。

能耗和产氢成本低于DOE目标

制氢能耗3.98 kWh N m⁻³，成本US$0.88/kg H₂，优于2030年DOE目标。

应用场景

• 质子交换膜电解水制氢：用作PEMWE阴极催化剂，可大幅降低贵金属用量并降低制氢成本。
• 析氢反应：加速HER动力学，降低Tafel步骤能垒。
• 电催化析氢：替代PtRu/C催化剂，在更低过电位下实现高电流密度析氢。
• 高熵纳米催化材料：利用高熵效应调控电子结构，优化氢吸附能。