最近研究表明，高熵材料(HEMs)，即由四种及以上等摩尔或近等摩尔比主元素构成的多组分体系，凭着其独特的晶体结构、可调变的电子特质及丰富的活性位点，在双功能催化范围展示出巨大潜力。多元素协同效应不只能够帮助形成高效的吸附与反应中心，也为设计适用于锌空气电池的高性能双功能催化剂提供了新思路。为进一步提高HEMs在电催化过程中的性能表现，亟需对其元素间的相互用途机制、活性位点的精准辨别与催化反应路径进行系统深入的研究。
研究背景
可充电锌空气电池(ZABs)因其高能量密度、较低的制导致本与以丰富的大方氧作为阴极反应物和金属锌作为阳极所展示出的环境可持续性，近年来遭到广泛关注。推进可充电ZABs技术进步的重点挑战在于开发兼具高效氧还原反应(ORR)与氧析出反应(OER)催化活性的双功能空气电极催化剂。理想的催化剂需拥有精细调控的微观结构与优化的化学组成，以达成稳定的电化学性能。最近研究表明，高熵材料(HEMs)，即由四种及以上等摩尔或近等摩尔比主元素构成的多组分体系，凭着其独特的晶体结构、可调变的电子特质及丰富的活性位点，在双功能催化范围展示出巨大潜力。多元素协同效应不只能够帮助形成高效的吸附与反应中心，也为设计适用于锌空气电池的高性能双功能催化剂提供了新思路。为进一步提高HEMs在电催化过程中的性能表现，亟需对其元素间的相互用途机制、活性位点的精准辨别与催化反应路径进行系统深入的研究。
示意图
成就介绍
日前，华南理工大学刘军团队在Advanced Materials期刊上发表了题为“High|Entropy Electrocatalytic Materials in Zn|Air Batteries: from Fundamentals to Applications”的最新研究论文。该文第一概述了高熵电催化剂的合成方案、结构设计原则及一流的表征技术，继而系统汇总了基于氧化物的高熵电催化剂在锌空气电池中的应用近况。通过上述内容，旨在说明催化剂中活性位点的本质特点、各组分元素之间的耦合用途及其内在催化机理。最后，本文指出了目前面临的若干重点科学与技术难点，强调了实验研究与理论模拟相结合的重要程度，并展望了高熵电催化剂在将来锌空气电池体系中的实质应用前景。顾腾腾为论文第一作者，刘军教授为论文通讯作者。
图文解析
图1.(a)在 Web of Science 上，关键字为“High entropy Batteries”的出版物及被引频次结果，插图是关键字“High entropy Batteries Zinc”。(b)锌空气电池和高熵的优势。(c)高熵材料(HEMs)在元素周期表上的元素组成。(d)用于锌空气电池的高熵材料概述
图2.锌电池高熵材料研究进展时间线
图3.(a)高熵化合物的整体晶体结构特点。(b)高熵金属催化剂的制备办法：自上而下法与自下而上法。(c)高熵金属催化剂的表征技术
图4.从上至下合成HEM催化剂的路线
图5.从下至上合成HEM催化剂的路线
图6.HEM催化剂的设计方案：组分调节与结构和形貌调节
图7.HEM催化剂的设计方案：HEM与界面之间的相互用途，应变工程与理论计算
图8.总结用于ZABs的高熵合金材料
图9.总结用于ZABs的高熵氧化物材料
图10.总结用于ZABs的高熵氢氧化物材料
图11.总结用于ZABs的高熵磷化物材料
图12.总结用于ZABs的高熵复合材料
图13.高熵材料在锌空气电池应用上的总结与展望
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