​Small：快速微波加热策略助力高熵氧化物实现稳定的光电化学析氧

由于不断增长的能源需求和对环境问题的日益关注，人们开始研究可以替代化石燃料的绿色和可再生能源。氢气因其能量密度高、可持续性好、成本低、生态友好等特点，被认为是一种有能力替代化石燃料的能源。电解水是一种令人印象深刻的技术，它可以通过风能和太阳能分解水来产生氢气，但该技术的发展很大程度上受到析氧反应(OER)的限制，从而具有过高的过电位和较低的能量效率。光化学OER最近被认为是一种有效的技术，可以通过收集太阳能来改善OER动力学。因此，这就推动了研究人员设计具有高效光收集能力的优异OER电催化剂来提高OER动力学并减少电力消耗。

基于此，庆尚大学Gyoung Hwa Jeong和Myong Yong Choi(共同通讯)等人报道了在Ti₃C₂T_x MXene上通过快速微波加热和低温煅烧合成高熵氧化物(HEO)纳米结构的新策略。

本文对合成的HEO/Ti₃C₂T_x Mxene的电催化性能通过在1 M KOH电解质中利用典型的三电极体系进行了测试。根据Ti₃C₂T_x MXene和HEO/Ti₃C₂T_x MXene的线性扫描伏安(LSV)曲线可以发现纯Ti₃C₂T_x MXene表现出极差的OER性能。然而，HEO/Ti₃C₂T_x则表现出显著改善的OER性能，表明HEO是电催化OER过程中最活跃的相。此外，与其他HEO/Ti₃C₂T_x相比，合成的HEO/Ti₃C₂T_x-0.5在10 mA cm^-2的电流密度下具有低的过电位(360 mV)，表现出最佳的电化学OER活性，这是由于Ti₃C₂T_x MXene中的高HEO含量，这也说明了HEO和Ti₃C₂T_x的比例是决定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性能几乎与商业IrO₂(在10 mA cm^-2下340 mV)相当。总之，在电流密度为10 mA cm^-2时，HEO/Ti₃C₂T_x的过电位顺序为：HEO/Ti₃C₂T_x-0.5(360 mV)<HEO/Ti₃C₂T_x-0.25(480 mV)<HEO/Ti₃C₂T_x-0.1(560 mV)。

为了进一步研究催化剂的OER动力学，本文还比较了催化剂的Tafel斜率。催化剂的Tafel斜率的排序为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)。与其他催化剂相比，HEO/Ti₃C₂T_x-0.5具有较小的Tafel斜率，表明其具有快速的反应动力学和优异的OER催化性能。此外，本文还对催化剂的电化学阻抗，电化学活性比表面积等进行了研究，电化学测试结果表明，HEO/Ti₃C₂T_x-0.5是一种优化的OER电催化剂。

过渡金属基纳米材料表现出良好的光吸收能力，因此它们被用于各种光和光电化学应用。有趣的是，合成的HEO/Ti₃C₂T_x MXene有多种过渡金属，这有望提高其在可见光照明下的OER性能。因此，本文继续研究了合成的HEO/Ti₃C₂T_x MXene的光电电化性能。结果表明，在可见光照明下，HEO/Ti₃C₂T_x的OER性能得到了改善，其在10 mA cm^-2时的过电位为331 mV，低于商业IrO₂(10 mA cm^-2时的过电位为340 mV)，这是由于光诱导空穴有利于OER动力学。

此外，Tafel斜率表明，HEO/Ti₃C₂T_x-0.5的Tafel斜率较小(71 mV dec^-1)，这证实了可见光照射具有显著改善HEO/Ti₃C₂T_x-0.5的OER动力学的作用。更重要的是，HEO/Ti₃C₂T_x-0.5在380 mV时具有21.8 A g^-1的高质量活性，同时具有更高的转换频率，这均表明其在可见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电流密度下测试五小时后依旧具有良好的光电化学稳定性。

综上所述，本文制备的HEO/Ti₃C₂T_x-0.5具有更好的结构稳定性、良好的电导率、可见光捕获能力、更多的活性位点暴露以及快速的氧化还原过程，其优异的OER性能是由于HEO与高导电率Ti₃C₂T_x之间的强协同作用。总之，本文的工作为高效HEO基催化剂的开发提供了一个新的视角。

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.