Получение гальванического сплава FeNiCoMnW как электрокатализатора выделения кислорода
Ключевые слова:
высокоэнтропийные сплавы, вольтамперометрия с линейной развёрткой потенциала, электрохимическая импедансная спектроскопия, электрокатализАннотация
Одной из ключевых задач современной электрохимии является поиск (в интересах «зелёной» энергетики) эффективных, стабильных и экономичных электрокатализаторов для разложения воды, способных заменить дорогостоящие катализаторы на основе платины, иридия и рутения. Высокоэнтропийные сплавы (ВЭС) на основе металлов с переменной валентностью представляют собой перспективный новый класс катализаторов для реакций разложения воды в общем и реакции выделения кислорода в частности. В настоящей работе исследуются свойства гальванически полученных высокоэнтропийных сплавов как нового класса каталитических материалов из неблагородных металлов для процесса выделения кислорода. В ходе гальванического осаждения на медную подложку синтезированы сплавы на основе Fe, Co, Ni, Mn и W. Основу матрицы составляют Fe, Co, Ni, являющиеся известными катализаторами выделения кислорода, стабильными в долговременных условиях. Известно, что марганец увеличивает электропроводность катализатора, вступая в синергию с сплавами на основе кобальта, понижая энергию активации реакции. Вольфрам так же понижает энергетический барьер реакции и значительно увеличивает электрохимическую стабильность сплавов в условиях анодной поляризации. Введение вольфрама в сплав затруднено прямыми методами, но он способен гальванически соосаждаться вместе с металлами группы железа. Электроосаждение так же позволяет получать аморфные сплавы, каталитическая способность которых выше, чем у кристаллических. Комплекс электрокаталитических характеристик (потенциалы, перенапряжения выделения кислорода, кинетические параметры) изучен с использованием вольтамперометрии с линейной развёрткой потенциала и импедансной спектроскопии. Морфология, элементный состав и фазовая структура наиболее активного покрытия детально проанализированы методами сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) с энергодисперсионным анализом (ЭДС) и методом рентгенофазового анализа (РФА). Результаты подтверждают высокие электрокаталитические свойства гальванически полученных ВЭС-систем, содержащих вольфрам и марганец, в качестве х электрокатализаторов для разложения воды.Библиографические ссылки
1. Zhang B, Zheng X, Voznyy O. et al.// Science. 2016. V. 352, No. 6283. P. 333. DOI: 10.1126/science.aaf1525.
2. Song J., Wei C., Huang Z. et al. // Chem. Soc. Rev. 2020. V. 49, No. 7. P. 2196. DOI: 10.1039/c9cs00607a.
3. Zhang B., Song J., Cao Z. et al. // Nat. Catal. 2020. V. 3, No. 12. P. 985. DOI: 10.1038/s41929-020-00525-6.
4. Ou Y., Twight L., Samanta B. et al. // Nat. Commun. 2023. V. 14, No. 1. DOI: 10.1038/s41467-023-43305-z.
5. Yeh J., Chen S., Lin S. et al. // Adv. Eng. Mater. 2004. V. 6, No. 5. P. 299. DOI: 10.1002/adem.200300567.
6. Fu Z., Jiang L., Wardini J. et al. // Sci. Adv. 2018. V. 4. P. 8712. DOI: 10.1126/sciadv.aat8712.
7. Wang Z., Goddard W. A., Xiao H. // Nat. Commun. 2023. V. 14, No. 1. DOI: 10.1038/s41467-023-40011-8.
8. Sun Q. Dong Y., Wang Z. et al. // Small. 2018. V. 14, No. 14. DOI: 10.1002/smll.201704137.
9. Xu X., Song F., Hu X. // Nat. Commun. 2016. V. 7. DOI: 10.1038/ncomms12324.
10. Jiang J. Sun F., Zhou S. et al. // Nat. Comm. 2018. V. 9, No. 1. DOI: 10.1038/s41467-018-05341-y.
11. Wang F., Xu X., Li Y. et al. // Appl. Catal. 2025. V. 363. DOI: 10.1016/j.apcatb.2024.124838.
12. Tsai K. Y., Tsai M. H., Yeh J. W. // Acta Mater. 2013. V. 61, No. 13. P. 4887. DOI: 10.1016/j.actamat.2013.04.058.
13. Ma G. Qin M., Sun T., Tan W. et al. // Nano Energy. 2023. V. 115. DOI: 10.1016/j.nanoen.2023.108679.
14. Zhang T., Zhao H., Chen Z. et al. // Nat. Commun. 2025. V. 16, No. 1. DOI: 10.1038/s41467-025-58648-y.
15. Bian H., Wang R., Zhang K. et al. // Surf. Coat. Technol. 2023. V. 459. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2023.129407.
16. Ghaferi Z., Sharafi S., Bahrololoom M. E. // Appl. Surf. Sci. 2015. V. 355. P. 766. DOI: 10.1016/j.apsusc.2015.07.083.
17. Zhu Z., Meng H., Ren P. // Colloids Surf. A Physicochem. 2022. V. 648. P. 129404. DOI: 10.1016/j.colsurfa.2022.129404.
18. Liu Z., Ma H., Kang N. et al. // Mater. Today Chem. 2024. V. 42. DOI: 10.1016/j.mtchem.2024.102404.
19. Gong Z., Liu J., Ye G. et al. // Chem. Commun. 2023. V. 59, No. 38. P. 5661. DOI: 10.1039/D3CC00225J.
20. Anantharaj S., Noda S. // Mat. En. 2022. V. 29. DOI: /10.1016/j.mtener.2022.101123.
21. Bian H., Wang C., Zhao S. et al. // Int. J. Hydrogen Energy. 2024. V. 57. P. 651. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2023.12.271.
22. Barati Darband G., Aliofkhazraei M., Rouhaghdam A. S. // J. Colloid Interface. 2019. V. 547. P. 407. DOI: 10.1016/j.jcis.2019.03.098.
23. Wang X., Yu M., Lv C. et al. // FlatChem. 2024. V. 45. DOI: 10.1016/j.flatc.2024.100660.
24. Zhang B., Wang L., Cao Z. et al. // Nat. Catal. 2020. V. 3, No. 12. P. 985. DOI: 10.1038/s41929-020-00525-6.
25. Seitz L., Dickens C., Nishio K. et al.// Science. 2016. V. 353 P. 1011. DOI: 10.1126/science.aaf5050.
