由于不斷增長的能源需求和對環(huán)境問題的日益關注，人們開始研究可以替代化石燃料的綠色和可再生能源。氫氣因其能量密度高、可持續(xù)性好、成本低、生態(tài)友好等特點，被認為是一種有能力替代化石燃料的能源。電解水是一種令人印象深刻的技術，它可以通過風能和太陽能分解水來產(chǎn)生氫氣，但該技術的發(fā)展很大程度上受到析氧反應(OER)的限制，從而具有過高的過電位和較低的能量效率。光化學OER最近被認為是一種有效的技術，可以通過收集太陽能來改善OER動力學。因此，這就推動了研究人員設計具有高效光收集能力的優(yōu)異OER電催化劑來提高OER動力學并減少電力消耗。

基于此，慶尚大學Gyoung Hwa Jeong和Myong Yong Choi(共同通訊)等人報道了在Ti₃C₂T_x MXene上通過快速微波加熱和低溫煅燒合成高熵氧化物(HEO)納米結構的新策略。

本文對合成的HEO/Ti₃C₂T_x Mxene的電催化性能通過在1 M KOH電解質(zhì)中利用典型的三電極體系進行了測試。根據(jù)Ti₃C₂T_x MXene和HEO/Ti₃C₂T_x MXene的線性掃描伏安(LSV)曲線可以發(fā)現(xiàn)純Ti₃C₂T_x MXene表現(xiàn)出極差的OER性能。然而，HEO/Ti₃C₂T_x則表現(xiàn)出顯著改善的OER性能，表明HEO是電催化OER過程中最活躍的相。此外，與其他HEO/Ti₃C₂T_x相比，合成的HEO/Ti₃C₂T_x-0.5在10 mA cm^-2的電流密度下具有低的過電位(360 mV)，表現(xiàn)出最佳的電化學OER活性，這是由于Ti₃C₂T_x MXene中的高HEO含量，這也說明了HEO和Ti₃C₂T_x的比例是決定HEO/Ti₃C₂T_x的OER性能的重要因素。

更加重要的是，HEO/Ti₃C₂T_x-0.5的OER性能幾乎與商業(yè)IrO₂(在10 mA cm^-2下340 mV)相當。總之，在電流密度為10 mA cm^-2時，HEO/Ti₃C₂T_x的過電位順序為：HEO/Ti₃C₂T_x-0.5(360 mV)<HEO/Ti₃C₂T_x-0.25(480 mV)<HEO/Ti₃C₂T_x-0.1(560 mV)。

為了進一步研究催化劑的OER動力學，本文還比較了催化劑的Tafel斜率。催化劑的Tafel斜率的排序為HEO/Ti₃C₂T_x-0.5(99 mV dec^-1)<HEO/Ti₃C₂T_x-0.25(147mv dec^-1)<HEO/Ti₃C₂T_x-0.1(185 mV dec^-1)<Ti₃C₂T_x(317 mV dec^-1)。與其他催化劑相比，HEO/Ti₃C₂T_x-0.5具有較小的Tafel斜率，表明其具有快速的反應動力學和優(yōu)異的OER催化性能。此外，本文還對催化劑的電化學阻抗，電化學活性比表面積等進行了研究，電化學測試結果表明，HEO/Ti₃C₂T_x-0.5是一種優(yōu)化的OER電催化劑。

過渡金屬基納米材料表現(xiàn)出良好的光吸收能力，因此它們被用于各種光和光電化學應用。有趣的是，合成的HEO/Ti₃C₂T_x MXene有多種過渡金屬，這有望提高其在可見光照明下的OER性能。因此，本文繼續(xù)研究了合成的HEO/Ti₃C₂T_x MXene的光電電化性能。結果表明，在可見光照明下，HEO/Ti₃C₂T_x的OER性能得到了改善，其在10 mA cm^-2時的過電位為331 mV，低于商業(yè)IrO₂(10 mA cm^-2時的過電位為340 mV)，這是由于光誘導空穴有利于OER動力學。

此外，Tafel斜率表明，HEO/Ti₃C₂T_x-0.5的Tafel斜率較小(71 mV dec^-1)，這證實了可見光照射具有顯著改善HEO/Ti₃C₂T_x-0.5的OER動力學的作用。更重要的是，HEO/Ti₃C₂T_x-0.5在380 mV時具有21.8 A g^-1的高質(zhì)量活性，同時具有更高的轉(zhuǎn)換頻率，這均表明其在可見光照射下具有更好的OER性能。不容忽略的是，HEO/Ti₃C₂T_x-0.5在10和50 mA cm^-2電流密度下測試五小時后依舊具有良好的光電化學穩(wěn)定性。

綜上所述，本文制備的HEO/Ti₃C₂T_x-0.5具有更好的結構穩(wěn)定性、良好的電導率、可見光捕獲能力、更多的活性位點暴露以及快速的氧化還原過程，其優(yōu)異的OER性能是由于HEO與高導電率Ti₃C₂T_x之間的強協(xié)同作用?？傊疚牡墓ぷ鳛楦咝EO基催化劑的開發(fā)提供了一個新的視角。

Architecting the High-Entropy Oxides on 2D MXene Nanosheets by Rapid Microwave-Heating Strategy with Robust Photoelectrochemical Oxygen Evolution Performance, Small, 2023, DOI: 10.1002/smll.202207820.

https://doi.org/10.1002/smll.202207820.