一、
高熵合金（HEA）具有獨特的熱穩(wěn)定性和電子特性，在電催化反應中表現(xiàn)出巨大的應用潛力。然而，精確控制HEA納米尺寸仍然是一個挑戰(zhàn)，尤其是對于超小的HEA納米顆粒。研究團隊首先通過理論計算，研究了HEA納米尺寸對于其電子結(jié)構(gòu)的調(diào)控作用，以及對典型電催化反應（析氫反應、CO2電還原、硝酸根還原）關(guān)鍵中間體的吸脫附強度的影響（圖1）。
圖1. 小尺寸高熵納米合金材料的理論計算模型。
利用MOFs和聚合物纖維的限域效應，成功合成尺寸可調(diào)的高熵納米合金，實驗室條件下可一次性制備約400 cm2。HEA納米顆粒均勻限域在多級孔碳纖維載體上，其平均直徑為1.7、2.3、3.0和3.9 nm。較小的HEA納米顆粒具有較低的功函，促進電子從催化材料表面轉(zhuǎn)移到反應中間體，加快整體反應動力學。此外，其多級孔碳纖維載體，可以暴露更多的活性位點，大大提高貴金屬的質(zhì)量活性（圖2）。
圖2. 高熵納米合金材料的電催化HER性能測試。
該成果以“Size-Adjustable High-Entropy Alloy Nanoparticles as an Efficient Platform for Electrocatalysis”為題，發(fā)表在化學權(quán)威期刊Angewandte Chemie International Edition（2025, e202423765）。化學與環(huán)境工程學院教師蔡慧珠、特聘研究員楊恒攀為共同第一作者，教授何傳新為唯一通訊作者。
二、
CO2電化學還原（CO2RR）是一個涉及到多電子與多質(zhì)子轉(zhuǎn)移的復雜反應，且主要過程均發(fā)生在氣體-電極-溶液組成的三相界面上，界面微環(huán)境的性質(zhì)會直接影響CO2RR反應路徑與催化效率。因此，在反應界面構(gòu)建高效活性位點和調(diào)控有利的局域微環(huán)境同樣重要。本研究基于動物疏水透氣的毛囊結(jié)構(gòu)，提出了一種仿生策略，在一個體系中同時解決這兩個問題（圖3），獲得高活性和高選擇性的CO2RR電催化劑。
圖3. 仿生毛囊結(jié)構(gòu)催化劑的制備示意圖。
利用蒸鍍策略首先在Cu催化劑層表面構(gòu)建孤立的Au位點，以增強Cu催化劑的本征活性；然后通過Au-S鍵將己硫醇（HEX）分子固定在Au位點上，以調(diào)節(jié)反應微環(huán)境。Au/Cu雙金屬活性位點降低了C-C偶聯(lián)過程的能壘，加速了多碳產(chǎn)物的生成。Au位點上穩(wěn)定且非致密的HEX分子修飾層，可以保證催化界面的疏水性，同時確保反應物與*CO關(guān)鍵中間體的傳輸通道。因此，該催化劑即使在安培級電流密度下，多碳產(chǎn)物的法拉第效率也能達到70%以上，且能保持長時間的穩(wěn)定性（圖4）。
圖4. 仿生毛囊材料的電催化CO2RR性能測試。
該成果以“Combining the Active Site Construction and Microenvironment Regulation via a Bio-Inspired Strategy Boosts CO2Electroreduction under Ampere-Level Current Densities”為題，發(fā)表在化學權(quán)威期刊Angewandte Chemie International Edition（2025, e202425325）。化學與環(huán)境工程學院教師蔡慧珠、特聘研究員楊恒攀為共同第一作者，教授何傳新為唯一通訊作者。
