近期，江南大学化学与材料工程学院刘天西教授团队在新型二氧化碳催化关键材料的开发设计与应用方面取得突破性进展，在Advanced Materials上发表重要学术论文：“High-entropy Alloy Aerogels: A New Platform for Carbon Dioxide Reduction（Advanced Materials, 10.1002/adma.202209242）”，第一作者为博士研究生李晗君，通讯作者为刘天西教授、张楠副教授及青岛大学白树行教授。
电化学二氧化碳还原是一种可持续且经济地促进二氧化碳减排、获得高价值化学品及可再生燃料的有效途径。根据最近的技术经济分析，通过双电子过程将二氧化碳电化学转化为甲酸或一氧化碳是最经济可行的。钯（Pd）基电催化剂作为二氧化碳还原产甲酸或一氧化碳最优的电催化剂之一，面临着成本高、一氧化碳易中毒、析氢能力强等问题。因此，提高Pd基电催化剂的本征活性、一氧化碳的耐受性并抑制析氢副反应是当务之急。
近年来，高熵合金因其较强的机械强度、良好的耐久性和优异的耐蚀性等优点受到广泛关注。此外，高熵合金因具有出不同金属元素之间的协同效应也被证实是一种有前景的电催化剂。为暴露更多的活性位点，设计开发具有独特三维结构的高熵合金具有重要意义。金属气凝胶具有三维网络结构，其大的孔隙率和高的比表面积，可提供丰富的催化活性位点和传质通道，加速传质和电荷转移。然而，由于不同金属的还原电位和混相行为的差异，实现单相高熵合金气凝胶仍然是一个巨大的挑战。
基于此，本研究团队通过冻融法首次实现了高熵合金气凝胶的普适性制备，成功得到了一系列高效稳定的新型二氧化碳电还原催化剂（六元PdCuAuAgBiIn、七元PdCuAuAgBiInCo、七元PdCuAuAgBiInZn、八元PdCuAuAgBiInCoNi以及九元PdCuAuAgBiInCoNiZn高熵合金气凝胶）。机理研究表明，高熵合金气凝胶独特的三维网络结构、金属间的强相互作用以及表面丰富的不饱和位点，调控了其电子结构，优化了催化剂表面HCOO*中间体的吸附和解吸强度，抑制了一氧化碳的吸附及析氢副反应，从而增强了其催化活性、选择性及稳定性。这项工作不仅为高熵合金气凝胶的可控合成提供了新策略，还为高效二氧化碳电还原提供了新的材料平台，将推动其在催化及其他领域的研究。
上述研究得到国家自然科学基金（22105087, 52161135302）、江苏省自然科学基金（BK20210446）等项目的资助。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202209242
图1. PdCuAuAgBiIn高熵合金气凝胶的形貌和结构表征
