01高熵合金为何能在电催化领域“出圈”

高熵合金（HEAs）的定义并不神秘：只要同时包含5种及以上元素，且每种元素的原子百分比落在5%–35%之间，就能被归入这一家族。当混合熵 ΔSmix ≥ 1.5R（R为摩尔气体常数）时，材料倾向于形成简单固溶体而非金属间化合物，这种“高熵效应”正是其名字的由来。除此之外，晶格畸变、迟滞扩散与“鸡尾酒”效应共同作用，让高熵合金在机械、相稳定与电催化性能上三箭齐发。当把这一概念拓展到氧化物、硫化物、硼化物、碳化物时，便诞生了高熵陶瓷，进一步拓宽了电催化剂的“选材超市”。

02电解水：纳米阵列把过电位砍到200 mV以内

2.1 ► 碳载高熵硫化物：一步阳离子交换搞定

郑州大学尚会姗团队用温和阳离子交换策略，在碳纤维上“种”出Co-Zn-Cd-Cu-Mn五元高熵硫化物纳米针阵列。所有元素均匀分布且存在强电子相互作用，使OER与HER在10 mA·cm⁻²下的过电位分别降至220 mV和173 mV；双功能催化剂在1.63 V下稳定运行73 h。把同一片电极当阳极与阴极，全解水只需1.63 V，73 h零衰减，为碱性电解水写下“高熵速度”。

Yuanting Lei, et al., Carbon-supported high-entropy Co-Zn-Cd-Cu-Mn sulfide nanoarrays promise high-performance overall water splitting. Nano Res., doi: 10.1007/s12274-022-4304-8.

03OER：无定型高熵氧化物把贵金属按在地上摩擦

3.1 ► FeCoNiPB：非晶高熵也能“秒杀”双元金属

东南大学沈宝龙团队把Fe、Co、Ni、P、B五种金属“一锅端”，直接还原出无定型高熵纳米颗粒。B与P像“电子搬运工”：B把电子给金属，P从金属“接盘”，共同把OER过电位压到10 mA·cm⁻²仅235 mV，109 mA·cm⁻²也不过306 mV，连续跑40 h电流不抖。更妙的是，表面会原位重构成(FeCoNi)OOH无定型纳米片，“越用越锋利”。

Qianqian Wang, et al., Non-noble metal-based amorphous high-entropy oxides as efficient and reliable electrocatalysts for oxygen evolution reaction. Nano Res., doi: 10.1007/s12274-022-4179-8.

04直接液体燃料电池：溶胶凝胶一步合成高效双功能催化剂

4.1 ► NiCoFePB：网络状纳米颗粒搞定甲醇与尿素

中国科学技术大学马明明与合肥学院张凝用室温溶胶凝胶法把Ni、Co、Fe、P、B锁死在同一相里，得到无定型多孔网络。Ni活性位点负责MOR与UOR，MOR比活性高达114 mA·cm₂；UOR起始电位比OER低220 mV。NMR证实产物以甲酸为主，法拉第效率91.1%，“把废料变原料”。

Talifhani Mushiana, et al., Facile sol-gel preparation of high-entropy multielemental electrocatalysts for efficient oxidation of methanol and urea. Nano Res., doi: 10.1007/s12274-022-4186-9.

05Science综述：从合成到性能的高熵纳米颗粒全景图

马里兰大学胡良兵等人用《Science》重磅长文，把高熵纳米颗粒的合成—结构—性能关系一次性讲透：

热力学驱动力来自ΔG = ΔH – TΔS，元素越多，构型熵越大；

Ellingham图可提前“排兵布阵”，顶部元素易还原，底部元素易氧化；

同步辐射+四维STEM才能看清原子排列；

高通量计算+机器学习才是未来，能替代“试错”把材料空间压缩到秒级。

一句话总结：“元素越多，机会越多；数据越大，突破越快。”

06全解水：亚纳米带把厚度压到0.8 nm

6.1 ► 五元PtPdIrRuAg：目前最薄的高熵合金带

北京大学郭少军团队用银纳米线当模板，“一步电置换+去模板”做出0.8 nm厚的超薄HEA亚纳米带。五元PtPdIrRuAg的ORR质量活性是商业Pt/C的21倍；六元PtPdIrRuAuAg在Li-O₂电池中充电过电位低至0.49 V。DFT算出：还原性强的元素负责“开路”，其余元素做“电子快递”，协同把性能推上巅峰。

07绿色路线：甘油氧化耦合制氢

7.1 ► CoNiCuMnMo：把甘油变甲酸盐再制氢

中科院福建物质结构研究所温珍海把高熵合金“种”在碳布上，碱性GOR法拉第效率93.5%；同时与酸性析氢耦合，混合碱/酸液流电解池仅需0.55 V即可达到10 mA·cm₂，连续跑12天阴极H₂>99%，阳极甲酸>92%。一条线同时产出氢气和附加值化学品，“电解水+有机氧化”第一次被高熵合金玩成闭环。

08三维气凝胶：短程扩散让中熵合金“长成海绵”

8.1 ► NiCoFeCu：密度39.3 mg·cm⁻³的“金属海绵”

哈尔滨工业大学于永生团队用自蔓延燃烧+低温还原，让四种金属前驱体在离子水平均匀混合，短程扩散仅需几秒就把它们锁死在同一固溶体相里。得到的NiCoFeCu中熵合金气凝胶孔隙率99.5%，比表面积巨大；甲醇氧化质量活性高达1.62 A mg₁₋¹，比低熵合金提升一倍以上。把同一片气凝胶当阳极+阴极双功能催化剂，甲醇氧化耦合电解水制氢仅需1.476 V，比传统电解水低173 mV。三维骨架既做“电子高速路”，又做“质子立交桥”，让中熵合金第一次在气凝胶形态里跑出工业潜力。

09未来展望：高熵合金电催化的四大方向

精准合成——表面成分与原子排列可按需定制；

动态演化——不同催化条件下表面重构与缺陷演变的实时追踪；

活性位点——用高通量计算+原位光谱联合锁定真正的工作位点；

加速筛选——机器学习+原位电化学池让材料空间探索从“月”到“小时”。

当这四条路线交汇，高熵合金电催化剂将不再靠“撞大运”，而是靠数据与物理双重保险，在绿色能源的下一站拔得头筹。