10月22日從海南大學獲悉，該校材料科學與工程學院教授涂進春團隊，在高熵海水催化研究方面取得新進展。該團隊揭示在多元復合材料催化過程中的“非決速步”的關鍵作用，為高效海水電解催化劑的設計提供了新思路，對推動海南清潔能源轉型具有重要戰略意義。
相關成果近日在《先進功能材料》發表。
據介紹，高熵材料具備多活性位點的優勢，是一類極具前景的析氧反應電催化劑。然而，學界還未對其的協同催化機制構成較完整的認知，并且在解析高熵材料作用機制時，過度聚焦于"決速步"優化，未能系統性解析“非決速步”反應路徑的協同機制，這限制了高效海水電解催化劑的開發。
針對這一問題，涂進春團隊提出多元復合材料催化過程中的“決速步”與“非決速步”協同機制，并通過第一性原理計算與蒙特卡洛模擬相結合的多尺度模擬方法對該過程進行解析，構建了具有多活性位點的四硫化鎳鈷鐵鉬銦合金高熵硫化物催化體系對理論進行驗證。
實驗結果表明，在多元復合材料催化過程中引入“非決速步”效應可有效降低過電位50毫伏，催化效率提升至50%。突破了傳統催化理論的局限，為高效海水電解催化劑的設計提供了新思路，也為海洋環境下的穩定催化材料開發奠定了理論和實驗基礎。
相關論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202422549
a）本工作實現的過電位與之前方案過電位對比圖。涂進春團隊供圖；b-f）高熵硫化物的形貌學特征示意圖。涂進春團隊供圖；g）硫化鈷與高熵硫化物的結構示意圖。涂進春團隊供圖；h）高熵催化的吉布斯自由能圖。涂進春團隊供圖；i）蒙特卡洛擬合，“非決速步”有效降低過電位和提高催化效率數據圖。涂進春團隊供圖