一、

高熵合金（HEA）具有獨(dú)特的熱穩(wěn)定性和電子特性，在電催化反應(yīng)中表現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。然而，精確控制HEA納米尺寸仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)，尤其是對(duì)于超小的HEA納米顆粒。研究團(tuán)隊(duì)首先通過(guò)理論計(jì)算，研究了HEA納米尺寸對(duì)于其電子結(jié)構(gòu)的調(diào)控作用，以及對(duì)典型電催化反應(yīng)（析氫反應(yīng)、CO₂電還原、硝酸根還原）關(guān)鍵中間體的吸脫附強(qiáng)度的影響（圖1）。

圖1. 小尺寸高熵納米合金材料的理論計(jì)算模型。

利用MOFs和聚合物纖維的限域效應(yīng)，成功合成尺寸可調(diào)的高熵納米合金，實(shí)驗(yàn)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(jí)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(jìn)電子從催化材料表面轉(zhuǎn)移到反應(yīng)中間體，加快整體反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。此外，其多級(jí)孔碳纖維載體，可以暴露更多的活性位點(diǎn)，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(cè)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(xué)權(quán)威期刊Angewandte Chemie International Edition（2025, e202423765）?；瘜W(xué)與環(huán)境工程學(xué)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(xué)還原（CO₂RR）是一個(gè)涉及到多電子與多質(zhì)子轉(zhuǎn)移的復(fù)雜反應(yīng)，且主要過(guò)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(huì)直接影響CO₂RR反應(yīng)路徑與催化效率。因此，在反應(yīng)界面構(gòu)建高效活性位點(diǎn)和調(diào)控有利的局域微環(huán)境同樣重要。本研究基于動(dòng)物疏水透氣的毛囊結(jié)構(gòu)，提出了一種仿生策略，在一個(gè)體系中同時(shí)解決這兩個(gè)問(wèn)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(diǎn)，以增強(qiáng)Cu催化劑的本征活性；然后通過(guò)Au-S鍵將己硫醇（HEX）分子固定在A(yíng)u位點(diǎn)上，以調(diào)節(jié)反應(yīng)微環(huán)境。Au/Cu雙金屬活性位點(diǎn)降低了C-C偶聯(lián)過(guò)程的能壘，加速了多碳產(chǎn)物的生成。Au位點(diǎn)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(shí)確保反應(yīng)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(jí)電流密度下，多碳產(chǎn)物的法拉第效率也能達(dá)到70%以上，且能保持長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定性（圖4）。

圖4. 仿生毛囊材料的電催化CO₂RR性能測(cè)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(xué)權(quán)威期刊Angewandte Chemie International Edition（2025, e202425325）。化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)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。