论文标题：High-entropy catalysts for electrochemical water-electrolysis of hydrogen evolution and oxygen evolution reactions

期刊：Frontiers in Energy

作者：Simiao SHA, Riyue GE, Ying LI, Julie M. CAIRNEY, Rongkun ZHENG, Sean LI, Bin LIU, Jiujun ZHANG, Wenxian LI

发表时间：15 Jun 2024

DOI：10.1007/s11708-023-0892-6

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上海大学李文献教授研究团队在Frontiers in Energy期刊发表了题为“High-entropy catalysts for electrochemical water-electrolysis of hydrogen evolution and oxygen evolution reactions”的综述文章，总结了近年来HEMs作为电化学水电解催化剂在理论研究、合成和应用方面的研究进展。并从组成、合成策略、表征技术和理论计算几个角度对其面临的机遇和挑战进行讨论。 文章被遴选为Frontiers in Energy2024年第3期封面论文。

文章首先介绍了HEMs的定义和其独特的高熵效应、晶格畸变效应、滞后扩散效应和鸡尾酒效应。HEMs独特的机械、物理和化学性质归因于它们独特的键合方式和晶格中的原子排列。HEMs的高熵效应可以提高材料的稳定性；HEMs中各个元素不同的原子半径获得的晶格畸变效应可显著提高材料的硬度；滞后扩散效应是由晶格畸变引起的，晶格畸变阻碍位错的滑移变形，有助于形成纳米HEMs；鸡尾酒效应是指通过HEMs中各个元素之间的协同作用使HEMs的催化性能提高。

HEMs的性质和特征示意图

接下来对HEMs的合成策略进行了综述，并概述了自上而下和自下而上两种策略的优缺点。自上而下策略通过物理或化学方法刻蚀大尺寸材料来制备所需的纳米结构；自下而上策略可以通过化学反应和原子或某些分子之间的相互作用来精确地调节前体的形成和生长过程，从而合成更细的纳米颗粒。上述两种策略的合成方案和合成过程在确定HEMs纳米颗粒的微观形态、粒度、相结构和结晶度中起主要作用。

自上而下制备HEMs的优缺点

自下而上制备HEMs的优缺点

最后综述了HEMs作为电化学水电解催化剂在理论研究、合成和应用方面的研究进展和面临的问题，并对未来的发展方向进行了展望。电化学水电解是大规模制氢的潜在方法，而多元素相互作用、多活性位点、熵稳定性好、结构组成多样的HEMs催化剂可以优化各种反应中间体的吸附能力，具有一系列活性中心，表现出优异的内在催化活性，显著加快反应动力，是提高电解水效率的关键催化材料。此外，HEMs催化剂还具有HER和OER双催化功能。

基于定义-合成-应用关系的HEMs催化剂示意图

原文信息

High-entropy catalysts for electrochemical water-electrolysis of hydrogen evolution and oxygen evolution reactions

Simiao SHA, Riyue GE, Ying LI, Julie M. CAIRNEY, Rongkun ZHENG, Sean LI, Bin LIU, Jiujun ZHANG, Wenxian LI

Abstract:

High entropy materials (HEMs) have developed rapidly in the field of electrocatalytic water-electrolysis for oxygen evolution reaction (OER) and hydrogen evolution reaction (HER) due to their unique properties. In particular, HEM catalysts are composed of many elements. Therefore, they have rich active sites and enhanced entropy stability relative to single atoms. In this paper, the preparation strategies and applications of HEM catalysts in electrochemical water-electrolysis are reviewed to explore the stabilization of HEMs and their catalytic mechanisms as well as their application in support green hydrogen production. First, the concept and four characteristics of HEMs are introduced based on entropy and composition. Then, synthetic strategies of HEM catalysts are systematically reviewed in terms of the categories of bottom-up and top-down. The application of HEMs as catalysts for electrochemical water-electrolysis in recent years is emphatically discussed, and the mechanisms of improving the performance of electrocatalysis is expounded by combining theoretical calculation technology and ex-situ/in situ characterization experiments. Finally, the application prospect of HEMs is proposed to conquer the challenges in HEM catalyst fabrications and applications.

Keywords:

high-entropy, electrocatalysis, synthetic methods, water-electrolysis, hydrogen and oxygen evolutions

Cite this article:

Simiao SHA, Riyue GE, Ying LI, Julie M. CAIRNEY, Rongkun ZHENG, Sean LI, Bin LIU, Jiujun ZHANG, Wenxian LI. High-entropy catalysts for electrochemical water-electrolysis of hydrogen evolution and oxygen evolution reactions. Front. Energy,

https://doi.org/10.1007/s11708-023-0892-6

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通讯作者简介

李文献，上海大学材料科学与工程学院教授，博士生导师。2010年获澳大利亚卧龙岗大学博士学位。2012年11月加入西悉尼大学，担任太阳能技术团队讲师。2015年加入上海大学。主要研究领域包括超导材料与超导器件、纳米磁性及稀磁半导体、储能及能源转化材料。发表书籍章节7篇，发表于申请人在国际知名的出版社World Scientific、Springer、CRC Press，北京大学出版社以及Intech（2015）；国际高水平论文Applied Catalysis B: Environmental，small，ACS Applied Materials & Interfaces，Chemical Engineering Journal等百余篇；授权专利4项；国际会议邀请报告30余次。

期刊简介

Frontiers in Energy是中国工程院院刊能源分刊，高教社Frontiers系列期刊之一。由中国工程院、上海交通大学和高等教育出版社共同主办。翁史烈院士和倪维斗院士为名誉主编，中国工程院院士黄震、周守为、苏义脑、彭苏萍担任主编。加拿大皇家科学院、加拿大工程院、中国工程院外籍院士张久俊，美国康涅狄格大学校长、教授Radenka Maric，上海交通大学教授Nicolas Alonso-Vante和巨永林担任副主编。

Frontiers in Energy已被SCIE、Ei Compendex、CAS、Scopus、INSPEC、Google Scholar、CSCD(中国科学引文数据库)、中国科技核心期刊等数据库收录。2024年海内外下载量为110余万，截至2025年03月10日，即时Impact Factor为6.0,即时CiteScore为6.8。

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