發(fā)展廉價和高性能的過渡金屬基電催化劑是解決當前能源存儲問題的潛在方案和研究熱點之一。其中，由非貴金屬組成的高熵合金催化劑因其多組分協(xié)同效應(yīng)而受到廣泛關(guān)注。然而，高熵合金復合材料的簡易合成，以及載體分級孔結(jié)構(gòu)的同時實現(xiàn)仍然是一個挑戰(zhàn)。 北京大學材料科學與工程學院鄒如強團隊發(fā)展了一種簡易的方法用于制備分級孔碳負載的高熵合金催化劑。利用富含鋅（Zn）的金屬有機框架作為前體，由于鋅的低沸點（907°C）及其在合金中的高揮發(fā)性，首先能夠?qū)崿F(xiàn)兼具微孔、中孔和介孔的分級孔碳結(jié)構(gòu)；其次鋅的揮發(fā)有助于在溫和條件下(緩慢降溫)保持合金催化劑的高熵狀態(tài)。前驅(qū)體中含有大量的鋅，最終制備的復合材料中幾乎不含鋅，這種利用鋅的揮發(fā)的“一石二鳥”作用的合成策略，最終實現(xiàn)了具有分級孔結(jié)構(gòu)的高熵合金碳納米復合材料。
有別于常規(guī)制備高熵合金的驟熱驟冷法(如焦耳熱法等)，在該制備策略中采用高揮發(fā)性的Zn作為隔離劑以有效隔離其它金屬位點來避免金屬顆粒的聚集，解決金屬位點在溫和降溫過程中的團聚問題，從而實現(xiàn)單相高熵合金。這一方法不依賴于極端溫度控制技術(shù)來制備小尺寸樣品，同時確保了加熱過程中材料的均勻性。同時，鋅的揮發(fā)在形成分級孔結(jié)構(gòu)中也發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。與不含鋅的HEA/NC?1相比，由含0.8 Zn的前驅(qū)體生成的HEA/NC?5顯示出顯著增加的微孔和中孔。鋅的揮發(fā)與有機配體的分解共同促成了具有分級孔結(jié)構(gòu)的高熵合金納米復合材料。研究團隊就不同溫度階段鋅的揮發(fā)及造孔效果做了詳盡的表征。 最終，高度分散的金屬催化中心與分級吸附位點之間的協(xié)同效應(yīng)使得該納米復合材料在較低的催化劑負載下就能實現(xiàn)優(yōu)異的電催化氧還原性能，HEA/NC-5組裝的ZABs性能也優(yōu)于貴金屬組裝的ZABs。該方法通過便捷的富鋅前驅(qū)體來制備高熵合金，具備良好的可擴展性，適用于多種高熵合金的生產(chǎn)和廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。 論文信息 “One-Stone, Two-Birds”: Zinc-Rich Metal–Organic Frameworks as Precursors for High-Entropy Zn-Air Battery Electrocatalysts with Hierarchical Pore Structures Jianwen Su, Yinji Wan, Long Feng, Dingding Huang, Hsing Kai Chu, Xuan Zhang, Xiaoye Geng, Yonggang Wang, Ruiqin Zhong, Ruqiang Zou Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202413826
