被引6.8万+，h指数137，北京大学「国家杰青」郭少军团队，最新AM！

第一作者：罗恒

通讯作者：郭少军，吕帆

通讯单位：北京大学

郭少军，北京大学博雅特聘教授、国家杰出青年基金获得者、国家重点研发计划首席科学家、英国皇家化学会会士；吉林大学学士、中科院应化所博士、布朗大学博士后、美国阿拉莫斯国家实验室奥本海默杰出学者。以通讯作者在Nature、Science、NSC系列（26）、Adv. Mater./Angew. Chem./JACS/PNAS（66）等高影响力期刊发表学术论文200余篇；论文被引6.8万余次，h指数137；2014-2023连续10年入选“全球高被引科学家”榜单（化学、材料）。（来源：https://faculty.pku.edu.cn/guoshaojun/zh_CN/more/49151/jsjjgd/index.htm）

论文速览

高熵合金（High-entropy alloys, HEAs）将多种不同的元素限制在同一个晶格中，导致强烈的晶格畸变效应。晶格畸变倾向于在原子级别引起局部微观应变，从而影响不同电催化反应中各种吸附物的表面吸附行为，但这一点尚未被探索。

本论文研究了高熵合金（High-entropy alloys, HEAs）在电催化反应中的应用。研究团队报告了一种亚2纳米的IrRuRhMoW高熵合金纳米粒子（NPs），通过晶格畸变诱导的局部微观应变来增强碱性氢氧化（HOR）和析氢反应（HER）的性能。

实验和理论研究共同证实，通过同时调节氢吸附结合能和表面氧化性，实现了氢（Had）的减弱吸附和羟基（OHad）的增强吸附，从而保证了IrRuRhMoW高熵合金NPs在HOR/HER反应中的卓越性能。

图文导读

图1：IrRuRhMoW高熵合金纳米粒子的合成示意图、透射电子显微镜图像、粒径分布、X射线衍射图谱、高角环形暗场扫描透射电子显微镜图像以及元素分布图。

图2：IrRuRhMoW和IrRuRh纳米粒子的原子级STEM图像、快速傅里叶变换（FFT）图案、逆FFT（IFFT）图案、几何相位分析（GPA）图像以及三维原子位点和相对强度分布的图像。

图3：IrRuRhMoW高熵合金纳米粒子的傅里叶变换扩展X射线吸收精细结构（FT-EXAFS）光谱、X射线光电子能谱（XPS）的价带（VB）光电子能谱图、O 1s光谱和电子顺磁共振（EPR）信号。

图4：IrRuRhMoW/C、IrRuRh/C和Pt/C的氢氧化反应（HOR）极化曲线、动力学电流密度、塔菲尔（Tafel）图、CO剥离和H_upd电位以及抗CO中毒性能的测试结果。

图5：HOR反应路径的理论计算模型、d带中心、晶体轨道哈密顿布居（COHP）图、电荷密度差异以及HOR反应的能量障碍。

图6：IrRuRhMoW/C、IrRuRh/C和Pt/C在0.1 M KOH和0.1 M HClO₄溶液中的析氢反应（HER）极化曲线、质量活性（MA）和转换频率（TOF）值。

总结展望

本研究成功合成了具有局部微观应变的亚2纳米IrRuRhMoW高熵合金纳米粒子，作为电催化剂在碱性条件下展现出卓越的氢氧化反应（HOR）和析氢反应（HER）性能。

通过实验和理论计算，研究团队发现微观应变可以调节氢吸附结合能和表面氧化性，实现Had和OHad的最佳吸附平衡。IrRuRhMoW高熵合金纳米粒子在HOR中表现出8.09 mA μg^-1_PGM的动力学电流密度，是无内部应变的IrRuRh纳米粒子的8.89倍，是商业Pt/C催化剂的22.47倍，为目前报道的所有非铂基催化剂中的最高值。

在HER中，展现的5.93 H₂s^-1的TOF值，是Pt/C催化剂的4.6倍，超过了大多数贵金属基催化剂。这些发现为设计新型高效能源转换催化剂提供了新策略。

文献信息

标题：Sub-2 nm Micro-strained High-Entropy-Alloy Nanoparticles Boosts Hydrogen Electrocatalysis

期刊：Advanced Materials

DOI：10.1002/adma.202403674

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