희토류 포함 고엔트로피 탄화물 나노촉매

고엔트로피 탄화물(HECs)은 수소 발생 반응(HER)을 위한 귀금속 촉매의 유망한 대안으로 주목받고 있습니다. 그러나 기존 HEC 나노결정은 밀집된 고체 구조에 IVB-VIB족 금속 성분으로 제한되어 있었습니다. 본 연구에서는 직접 전기환원 공정을 통해 중공 나노구조를 갖는 다양한 고엔트로피 탄화물(HfNbTaTiZr)C, (HfNbTaTiZrRE)C (RE=Gd, Ce, Y) 및 (HfNbTaTiZrCeY)C를 최초로 합성했습니다. 800°C의 용융 CaCl2-NaCl 염에서 흑연 양극과 혼합 산화물/탄소 첨가제 분말 음극을 사용하여 3.1V로 전기분해를 수행했습니다. 탄소원의 종류에 따라 HEC의 미세구조를 고체에서 중공 입자로 쉽게 조절할 수 있음을 확인했습니다. 합성된 모든 HEC는 단일 면심 입방상과 나노에서 마이크로 스케일까지 균일한 조성을 보였습니다. 공학적으로 설계된 중공 나노구조와 희토류 원소의 도입은 알칼리 전해질에서 HEC의 HER 전기촉매 성능을 크게 향상시켰습니다. 특히, 이중 희토류 원소가 포함된 HEC는 단일 원소 HEC보다 우수한 성능을 나타냈습니다. 이 중 (HfNbTaTiZrCeY)C는 167mV의 낮은 과전압, 58.8mV·dec-1의 작은 Tafel 기울기, 2.7Ω의 낮은 전하 전달 저항으로 가장 우수한 HER 성능을 보였습니다. 본 연구는 다양한 중공 희토류 함유 고엔트로피 탄화물 나노입자를 합성하는 용이한 방법을 제시할 뿐만 아니라, 고성능 비귀금속 기반 촉매 설계를 위한 새로운 전략을 제공합니다.