第一作者：Changhong Zhan, Yong Xu.

通讯作者：Lingzheng Bu, Bolong Huang or Xiaoqing Huang.

通讯单位：Xiamen University

研究内容：

高熵合金（HEAs）以其独特的物理化学性质在许多领域引起了极大的关注，但在原子水平上对其尺寸和形貌的精确控制仍然是一个艰巨的挑战。在此，作者合成了具有独特结构的PtRuNiCoFeMo HEA亚纳米线(SNWs)，用于碱性氢氧化反应(HOR)。HEA SNWs/C的质量和比活性分别达到6.75 A mg_Pt+Ru ^-1和8.96 mA cm^-2，分别是HEA NPs/C、商用PtRu/C和Pt/C的2.8/2.6倍、4.1/2.4倍和19.8/18.7倍。在浓度为1000ppm的CO存在下，它甚至可以在HOR过程中表现出增强的抗CO中毒能力。密度泛函数理论计算表明，HEA SNWs中不同金属位点之间的强相互作用可以极大地调节质子和羟基的结合强度，从而提高HOR活性。这项工作不仅为制备基于Pt的HEA亚纳米/纳米材料提供了一条可行的合成路线，而且促进了催化等领域的基础研究。

要点一：

高熵合金(HEAs)由于其固有的热稳定性高、机械强度强、耐腐蚀性好、性能平衡效应好等特性，是一种很有前途的多相催化催化剂，通常由5种或5种以上的金属组成，表现出结构依赖的协同效应，在活性和耐久性方面可以提高催化性能。该催化剂由于附近的Fe和Mo位的钉住效应，Co和Ni位保持了高度稳定的价态，而Pt和Ru位调节了整体电活性以获得优异的HOR性能。这一工作不仅为HEA SNWs的可控合成提供了方便的方法，而且也促进了HEA催化等领域的基础研究。

要点二：

HEA上的整个反应是放热的，能量释放为0.22 eV，说明水的快速解吸。与之形成鲜明对比的是，Pt和PtRu上的整体反应是吸热的，能量分别为0.57和0.27 eV。是HEA表面形成H₂O的能量势垒低至0.08 eV，远低于Pt和PtRu，表明了HEA的HOR活性优于Pt和PtRu。

图1：HEA SNWs的结构特征（a）HAADF-STEM图象。（b） XRD图。（c）晶体结构。（d）SEM-EDS和不同元素的原子比。（e）HAADF-STEM-EDS元素映射。（f-h）经像差校正的HRSTEM图像。（i）HEA SNWs的三维模型和放大的原子模型。

图2: HEA SNWs /C和其它催化剂的HOR性能评价。（a）在H₂ -饱和的0.1 M KOH中的极化曲线。（b）塔菲尔曲线。（c）相对于RHE过电位为50 mV时的标准化质量活性和比活性。（d）2000个ADTs周期前后的活动量和比活动量进行标准化。（e）不同催化剂在1000ppm CO/ H₂ -饱和0.1 M KOH条件下100 mV相对RHE的相对电流-时间电流响应。

图3：表面价带光电发射光谱分析。（a）Pt 4f XPS光谱。（b） Ru 3p XPS光谱。不同催化剂的d带中心。垂直线表示样品相对于费米能级的d带中心。不同催化剂的d- CO剥离电位和d-带中心位置。（e）HEA SNWs /C上空的HOR示意图。

图4 ：HEA SNWs HOR路径的DFT计算。（a）几何优化后的俯视图。（b）费米能级附近电子分布的三维等值线图。（c-h） PDOSs图。（i）HEA SNWs/C、Pt(111)和PtRu(111)的HBE比较。（j）HEA SNWs/C上的OH^–结合能。（k）HOR在HEA SNWs/C, Pt(111)和PtRu(111)上的能量趋势。

参考文献：

Zhan C, Xu Y, Bu L, et al. Subnanometer high-entropy alloy nanowires enable remarkable hydrogen oxidation catalysis [J]. Nature Communications, 2021, 12 (1):6261.