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電化學水分解是生產高純度氫的最有前途的策略之一，但由于其反應動力學緩慢，通常需要高效的電催化劑來降低活化能壘以促進反應過程。在工業上常用貴金屬催化劑，如鉑催化析氫反應(HER)、RuO₂或IrO₂催化析氧反應(OER)，這些催化劑儲量稀少，價格昂貴，限制其了電化學水分解的進一步發展。

基于此，香港理工大學郝建華、新南威爾士大學夏振海和西北工業大學韓瀟等采用原子摻雜的方法成功地構建了一種可調節晶格畸變的整體水分解多孔高熵合金(HEA)電極(xP-HEAs)，系統地研究了P摻雜對晶格膨脹和電催化性能的影響。

具體而言，研究人員利用密閉高壓環境將P原子摻入到HEA中，一系列結構實驗表征和密度泛函理論(DFT)計算證實了外部P原子摻雜及其誘導的梯度拉伸應變顯著影響HEA中過渡金屬元素的電子結構，優化中間吸收能，從而極大地提高HEA的全水分解性能。此外，由于引入雜原子和誘導晶格應變，P摻雜多孔HEA的電催化活性暴露面積和本征比活性大大增加。

因此，最優的1P-HEA電極具有良好的堿性析氫和析氧反應活性，其在10 mA cm^?2電流密度下分別僅需要70 mV和211 mV的低過電位。此外，歸因于應變和雜陰離子摻雜的共同作用，在模擬工業條件下，基于雙功能1P-HEA電極構建的全水分解電解槽在穩定性測試持續84小時后(在超高電流密度為2 A cm^?2下)仍保持幾乎100%的活性，其性能優于商用的Pt/C和RuO₂。

因此，該項工作證明了通過簡單的摻雜途徑調節高能電子阱內部晶格應變的可行性，并且有可能推廣到其他V族元素或P以外的不同價態離子，為構建低成本、高性能、缺陷豐富的雙功能自支撐電極以應用于工業制氫提供了范例。

Atomic Phosphorus induces Tunable Lattice Strain in High Entropy Alloys and Boosts Alkaline Water Splitting. Nano Energy, 2023. DOI: 10.1016/j.nanoen.2023.108380

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