Nanopartículas de aleación de alta entropía sub-2 nm para una evolución de hidrógeno electrocatalítico extremadamente...

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Nanotecnología

Sus antecedentes:

• El desarrollo de catalizadores altamente eficaces para la producción de hidrógeno electrocatalítico, especialmente en ambientes ácidos, sigue siendo un desafío importante.
• Las aleaciones de alta entropía (HEAs) ofrecen potencial debido a su composición única de múltiples elementos y propiedades sintonizables.

Objetivo del estudio:

• Informar sobre las nanopartículas de aleación de alta entropía (us-HEA) con un rendimiento excepcional para la reacción de evolución del hidrógeno (HER).
• Para aclarar los mecanismos estructurales, electrónicos y catalíticos de estos nuevos catalizadores HEA.

Principales métodos:

• Síntesis de nanopartículas ultrapequeñas de aleación de alta entropía (NiCoFePtRh) con un diámetro medio de 1,68 nm.
• Caracterización de las estructuras atómicas, de coordinación y electrónicas.
• Pruebas electrocatalíticas para el HER en 0,5 M H2SO4.
• Espectroscopia de absorción de rayos X y cálculos teóricos.

Principales resultados:

• El catalizador us-HEA/C logró una actividad de masa récord de 28.3 A mg^-1_{metales nobles} a -0.05 V para HER, superando significativamente el Pt/C y el Rh/C comerciales.
• Demostró una frecuencia de rotación ultra alta de 30.1 s ^{-1 a 50 mV de sobrepotencial, 41.8 veces mayor que el Pt/C.}
• Exhibió una excelente estabilidad sin deterioro de rendimiento después de 10.000 ciclos.
• La espectroscopia operando y los cálculos identificaron sitios activos, estructuras electrónicas sintonizables y efectos sinérgicos.

Conclusiones:

• Las nanopartículas de aleación de alta entropía ultrapequeñas representan una clase muy prometedora de catalizadores para una reacción de evolución eficiente del hidrógeno.
• La estrategia de síntesis desarrollada y los conocimientos mecanicistas aceleran la aplicación de las AES en las tecnologías de conversión de energía.
• Este trabajo pone de relieve el potencial de las AES para aplicaciones catalíticas avanzadas, particularmente en medios ácidos.