香港城市大学 信用:CC0公共领域 为了将来利用氢气作为清洁能源，科学家们一直在努力开发新的工艺来高效、经济地生产氢气
一个由香港城市大学结构材料专业科学家组成的团队基于最初用于开发合金的创新概念开发了一种高性能电催化剂
这种新型电催化剂可以大规模、低成本生产，为电化学制氢的广泛应用提供了新的范例
该项研究由香港城市大学副校长(研究及科技)兼机械工程讲座教授陆健教授及香港大学工程学院特聘教授刘金泉教授共同主持
该发现发表在《先进材料》杂志上，标题为“一种新型多元金属间化合物作为析氢的活性电催化剂”
" 当氢在燃料电池中消耗时，它只产生水，不产生任何二氧化碳
因此，它通常被认为是解决温室气体和能源短缺问题的理想清洁能源
与其他制氢方法相比，电化学水分解是一种相对环境友好的工艺，具有很大的工业应用潜力
然而，大多数目前的电催化剂是贵金属基的，例如铂和钯
它们的高成本和稀缺性极大地阻碍了这种制氢方法的发展和应用
早些时候，刘教授开发了制造高熵金属间化合物的创新合金设计策略
这种策略通过在纳米尺度引入高密度的多组分金属间化合物纳米颗粒，克服了传统金属材料中强度和延展性之间的权衡困境
这些发现发表在《科学》杂志上
由于高熵金属间化合物具有良好的有序原子结构和化学协同功能，这是由于其多种成分共同促进了电催化性能，新的合金设计策略也为开发新型电催化剂提供了思路
刘教授的团队与陆教授的贵金属研究专家组合作，采用合金设计策略开发了一种新的高熵金属间化合物(HEI)电催化剂
新型电催化剂主要由五种金属元素组成:铁、钴、镍、铝和钛
它还具有有序的原子结构
通过一个简单的一步化学方法，该团队产生了树枝状多孔结构，这大大增加了电化学活性的表面积，从而显著提高了电化学性能
高熵合金是由四种或四种以上金属元素组成的新型合金，具有良好的机械、物理、化学和其他性能
由于它含有多种元素，不同化学元素之间的协同作用提供了许多优化催化性能的途径
然而，传统的金属氢化物在它们的固溶体中具有无序的原子分布，因此很难有效地改变电子结构和活性位点以最终促进电化学反应
另一方面，金属间化合物是一种由金属元素或由金属元素与一种或多种非金属元素形成的金属合金，非金属元素的晶体结构不同于其他成分的晶体结构
因为多元金属原子均匀分布在其有序的金属间结构中，所以它能够实现特定的位置隔离效应
并且其电子结构是高度可调的
因此，它被认为是一种有前途的催化剂
然而，目前对金属间电催化剂的研究大多集中在二元合金上，多元金属元素之间不存在协同作用
因此，这一研究成果实际上是高熵合金(多元金属元素之间的协同效应)和金属间化合物(固有的结构位隔离效应和良好调谐的电子结构)优势相结合的结果
通过在实验中使用原子分辨率扫描透射电子显微镜(铯校正)和三维原子探针断层扫描，研究小组表征了HEI电催化剂的原子结构
通过进一步的理论计算，他们证明了协同效应和有序的原子结构有效地优化了电子结构，从而促进了电化学水分解过程
由于其独特的组成和结构，该HEI催化剂在碱性电解质溶液中表现出优异的析氢反应
刘教授说:“我们生产HEI的独特策略揭示了一种开发新型电催化剂的新范例，该电催化剂在分解水和生产氢气方面具有优异的反应活性。”
他说:「我们用以制备高浓缩铀的方法已广泛应用于工业生产
由于我们使用较便宜的金属作为原料，我们相信这种新型电催化剂在氢气的工业生产中有很大的应用潜力，”卢教授补充说
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