论文DOI：10.1016/j.jechem.2021.12.026华南理工大学余皓课题组综述了贵金属基高熵合金纳米颗粒（HEA-NPs）应用于电催化领域的最新进展，并对结构-功能关系做了深入讨论（如图1）。该工作以“Noble-metal-based high-entropy-alloy nanoparticles for electrocatalysis”为题发表在Journal of Energy Chemistry上。第一作者为华南理工大学生物科学与工程学院硕士研究生黄先锋，通讯作者为杨光星博士，余皓教授和李爽教授。当今社会面临巨大的化石能源危机以及CO2碳排放导致的环境问题，亟需开拓绿色清洁的能量来源和高性能的催化材料以实现高效能源转化利用。其中，利用可再生能源如风能、水能、地热能和生物质能等发电符合发展可持续的要求。另外，高熵合金材料因其具有组分组合的多样性、优异的稳定性和独特的物理化学性质逐渐成为催化领域的研究热点。因此，高熵合金纳米颗粒（HEA-NPs）在电催化过程中展现出巨大的潜力。在电催化领域，贵金属（Pt、Pd、Ir、Au、Ru）催化剂具有突出的性能，但存在资源稀缺、价格昂贵、稳定性低的缺点。贵金属基HEA-NPs有望在降低贵金属用量的同时，进一步获得高的比活性、稳定性和选择性。然而，HEA-NPs作为新兴的研究领域，对其结构-功能关系的认识仍未清晰。基于如上背景，作者首先介绍了高熵合金（HEAs）的定义提出、发展历程、作用机制和目前的应用进展等，以此帮助读者了解HEAs在电催化领域的应用（如图2）。其次，将目前HEA-NPs在电催化领域的应用分为电解水、燃料电池和电化学合成三个类别，并从元素组分、表面结构、电子转移、配位环境和理论计算等多个角度阐述了HEA-NPs电催化机理。最后，总结归纳了HEA-NPs所需探索的关于结构优化的关键因素，并论述了当前HEAs催化领域面临的现状和难点，同时对未来高熵材料的发展方向进行了展望。▲图2. (a) 合金的混合熵随元素的变化。(b) 四大“核心效应”图解。
要点1. 统计了贵金属基HEA-NPs的发展趋势，并列出了当前已报道的贵金属基HEA-NPs电催化性能（如图3）。要点2.讨论了HEA-NPs应用于电催化析氢反应（HER）、{attr}3139{/attr}(OER)、氧还原反应(ORR)、甲醇氧化反应(MOR)、乙醇氧化反应(EOR)、甲酸氧化反应(FAOR)、氢气氧化反应(HOR)、二氧化碳还原反应(CO2RR)和氮气还原反应(N2RR)等关键反应的研究进展，以及HEA-NPs的电催化机理。要点3. 围绕结构-功能关系，从基本的理论出发，就元素组分的选择、HEA-NPs和载体的相互作用、尺寸效应和局部配位环境展开系统的讨论，以实现HEA催化剂的优化设计（如图4）。要点4.分析了当前HEA-NPs在表征活性位点和表面行为的难点，并提出解决思路，同时展望了新型高熵材料在各前沿领域的应用（如图5）。▲图3. (a) 在已报道的中作为贵金属基HEA-NPs组成元素的贵金属的频次。(b) 标题包含高熵合金的文章和专利，以及发表的应用于电催化的贵金属基HEA-NPs文章数。
▲图4. HEA-NP和载体间的电子相互作用和载体效应。
本文综述了贵金属基HEA-NPs应用于电催化领域的最新进展。最初、高熵效应、晶格畸变效应、迟滞扩散效应和鸡尾酒效应大体上解释了HEA-NPs所具有的独特结构和催化性能，但近年来不少学者提出了其局限性。清晰HEA-NPs的表面结构和相应的催化功能的本质关系，有利于优化适用于各反应的催化材料。例如，选择最优的元素组分、合适的载体、最优的尺寸和优化的配位结构，使得关键中间体的吸附能靠近火山图的顶点以实现高催化活性。高熵合金在催化和储能领域已经展现了优越的活性，高熵合金的复杂性给科学研究带来了巨大的挑战，同样也存在大量的机会。黄先锋，硕士研究生，于2020年获福州大学学士学位。现于华南理工大学攻读硕士研究生，生物科学与工程学院和化学与化工学院联合培养，师从导师余皓教授和李爽教授。主要从事高熵合金电催化析氢、醇类氧化和生物质氧化应于新能源领域。杨光星，博士，现华南理工大学化学与化工学院博士后，合作导师余皓教授；于2008、2011年分别获得华南理工大学工学学士、硕士学位；于2018年获得University of New Hampshire化工博士学位。目前研究领域主要集中于燃料电池的醇类电氧化、氧气电还原、以及CO2电还原高效电催化剂设计；并利用原位谱学分析研究电催化、气/液固非均相热催化的反应机理。以第一作者/通讯作者在J. Am. Chem. Soc., Appl. Catal. B, Chem. Eng. J., J. Power Sources等SCI期刊上发表论文10余篇。李爽，华南理工大学生物科学与工程学院教授，博士生导师。2001年和2006年分别获清华大学学士和博士学位。广东省特支计划“科技创新青年拔尖人才”，广州市“珠江科技新星”。长期从事微生物/酶法催化合成高值化学品研究，聚焦于相关技术平台的设计和开发，强化途径关键酶，优化途径适配，系统提高目标产物产量/产率。迄今，已发表同行评审论文40余篇，获得授权发明专利10余件。余皓,华南理工大学化学与化工学院教授，博士生导师。1999年和2005年分别获清华大学学士和博士学位。2005年在华南理工大学任教至今，历任讲师、副教授和教授。入选教育部新世纪优秀人才（2012），广东省自然科学基金杰出青年基金（2012），广东省千百十省级培养对象（2014），广州市珠江科技新星（2011）。现任华南理工大学化学与化工学院化工系主任，广东省化工学会副秘书长，科普与学术工作委员会主任委员，中国颗粒学会青年理事。主要研究兴趣包括：新型碳基纳米催化材料的创制及其催化性能；生物质资源转化利用的新型催化反应工艺技术。在包括Angew. Chem. Int. Ed.，Energy Environ. Sci.，Chem. Sci.，ACS Catal.，J. Catal.，Chem. Eng. Sci. 等化学化工重要期刊上发表研究论文200余篇。研究成果已经 转化为 16 项专利（授权 9 项）。获得教育部自然科学一等、二等奖励各 1 次。https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095495621006884
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