中科院团队开发新型高熵合金材料，助力质子交换膜电解水制氢
中科院团队开发新型高熵合金材料，助力质子交换膜电解水制氢
近日，中国科学院国家纳米科学中心赵慎龙团队在质子交换膜电解水制氢领域取得重要突破。研究团队开发了一种新型高熵合金材料，不仅在酸性条件下展现出优异的析氧反应性能，还在实际电解槽中实现了长时间稳定运行，为清洁氢能的规模化生产提供了新的材料解决方案。
氢气作为一种重要的化学能源载体，凭借其高能量密度、零碳排放和高转化效率等优势，被视为最具发展潜力的清洁能源。电解水制氢被认为是实现“绿氢”经济、推动能源清洁转型的关键途径，而开发高效稳定的电解水制氢催化剂是降低能耗与成本、突破规模化应用瓶颈的关键技术核心。
基于此，赵慎龙课题组前期在高效电解水/海水制氢电极材料开发方面取得了一系列研究进展（J. Am. Chem. Soc. 2025,147,5,3994;Nat. Commun. 2023,14,2574；Angew. Chem. Int. Ed. 2023,62,e202302795;Nat. Commun. 2023,14,818;Nat. Commun. 2023,14,2475等）。
最近，赵慎龙研究团队通过简单的两步热还原策略，成功合成了RuIrFeCoNiMo高熵合金纳米颗粒（RuIr-HEA）。电化学测试结果表明，RuIr-HEA在0.5 M H2SO4溶液中表现出优异的析氧反应（OER）性能。在10 mA cm-2电流密度下，过电位仅为168 mV，塔菲尔斜率为46.3 mV dec-1，超越了当前报道的大多数酸性OER电催化剂。更重要的是，在质子交换膜电解槽中，RuIr-HEA催化剂在安培级电流密度下稳定运行500 小时，展示了其卓越的稳定性和实际应用潜力。
通过XAFS、原位FTIR、原位DEMS和DFT理论计算分析表明，较大的原子Ir掺入Ru-HEA中形成了Ru-Ir键，并引发了局部的压缩应变，进而推动了OER反应路径从传统的吸附演化机制转变为直接氧耦合路径机制。此外，压缩应变还增强了原子间的相互作用，提高了催化稳定性。
该研究不仅实现了质子交换膜阳极析氧反应在活性和稳定性之间的最佳平衡，而且为质子交换膜电解槽的商业化应用提供了重要的材料支撑，具有推动清洁氢能产业快速发展的潜力。未来，研究团队将持续探索催化剂的工程化放大研究，优化制备工艺和器件集成方案，推动其在大规模绿氢生产中的实际应用。
国家纳米科学中心赵慎龙研究员、天津工业大学郭俊教授与中国科学院高能物理研究所董俊才为论文通讯作者，国家纳米科学中心联合培养硕士生赵婷婷、特别研究助理石磊及中国科学院高能物理研究所特别研究助理张贵凯为论文的共同第一作者。该研究工作得到了国家自然科学基金等项目的资助。