到目前为止，过渡金属基电催化剂，包括(氧)氢氧化物、氮化物、磷化物和硫化物，已经被设计用于海水电解。尽管如此，海水电解面临三个主要挑战：次氯酸盐副产品的产生、阳极的严重腐蚀，以及阴极的沉淀物堵塞和生物污染。这些问题使活性位点呈惰性状态，从而导致电解槽性能显著下降。因此，为了实现高效海水电解，必须合理设计高效、稳健的电催化剂。含有五种或更多等金属元素的高熵材料(HEMs)作为海水电解电催化剂引起了广泛关注。
这源自于HEMs固有的热力学和动力学稳定性、优异的耐腐蚀性，以及独特的物理化学性质。然而，目前HEMs的制备过程通常耗时从数小时到几天，并且需要大量的化学物质和溶剂。此外，它们通常需要专门和复杂的设施来维持高温和/或惰性气体环境。还有就是，这些HEMs通常呈现粉末状，需要与粘合剂混合以粘附在导电载体上。这一过程减少了活性位点的暴露，阻碍了物质和电荷的转移。此外，电解过程中强烈的气泡形成造成的机械应力导致电催化剂容易脱离电极。为了缓解这些问题，需要开发一种有效的方法来直接在导电载体上制造自负载电催化剂。近日，美国密苏里大学林见和莱斯大学James M. Tour等在环境条件下，通过直接CO2激光诱导在导电载体上快速合成具有多孔结构的FeNiCoCrRu HEA NPs。通过激光诱导的超高温(> 3200 K)、超快加热和淬灭速率(105 K s−1)，FeNiCoCrRu HEA NPs具有均匀分布的金属元素，没有相分离。原位拉曼光谱表明，对于HER，FeNiCoCrRu HEA NPs的Ni位点促进了水的吸附和解离，而Ru位点同时加速了H*的结合以形成H2；对于OER反应，Ni位点促进OH脱质子形成O，从而加速O2的产生。因此，FeNiCoCrRu HEA NPs表现出优异的双功能电催化活性，在碱性海水中，达到600 mA cm−2电流密度所需的HER过电位仅为148 mV，在300 mA cm−2处的OER过电位为353 mV。利用FeNiCoCrRu HEA NPs分别作为阳极和阴极的电解槽仅需1.808 V的电池电压就能达到100 mA cm−2，并且其在250 mA cm−2下连续运行超过3000小时后，电压增加可以忽略不计，显示出巨大的实际应用潜力。综上，该项工作证明了激光诱导高熵纳米材料合成的可行性，并系统研究了HEA设计及其与高效海水分解的相关性，为设计高效、低成本和双功能的HEA电催化剂提供了参考范例。Laser-induced high-entropy alloys as long-duration bifunctional electrocatalysts for seawater splitting. Energy & Environmental Science, 2024. DOI: 10.1039/D4EE01093K
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