北京大学郭少军等：用于催化的高熵氧化物——从熵稳定晶格到多功能反应平台

2026-09-29 16:16:47 作者：中国科学材料来源：中国科学材料分享至：

高熵氧化物由随机分布在单一固溶体晶格中的多种金属阳离子组成，近来已成为多相催化领域的一个多功能平台。凭借高构型熵，高熵氧化物展现出优异的结构稳定性、显著的晶格畸变以及多样化的局域电子环境，这使其从根本上区别于传统氧化物。

近日，北京大学郭少军教授等在Science China Materials发表综述论文，针对高熵氧化物在催化应用方面的研究进行了系统性评述，重点聚焦其机理根源、合成策略以及代表性反应。

本文要点

1) 讨论了熵诱导的无序、晶格畸变、缓慢扩散以及多阳离子协同效应在构建统计分布活性位点、稳定反应中间体方面的共同作用。总结了高熵氧化物合成与结构工程的最新进展，突出了调控相稳定性、缺陷及形貌的技术路线。

2) 综述了其在热催化、电催化和光催化领域的典型应用，揭示了熵驱动的电子调控和动态表面重构在催化性能中的主导作用。

3) 强调了高熵氧化物作为单原子催化剂稳定载体的潜力，以提升催化活性和稳定性，并总结了新兴的理论与机器学习驱动方法，以加速在庞大高熵成分空间中实现理性设计。

总体而言，高熵氧化物代表了催化剂设计的一种范式转变，即利用可控的成分复杂性和结构无序，构筑稳健且适应性强的催化体系。

Figure 1. (a) Schematic atomic-scale model of an HEO, where multiple metal cations are randomly distributed on an equivalent lattice, forming a single-phase solid solution. (b) Chronological development of high-entropy oxide research, illustrating the transition from entropy-stabilized single-phase lattices to defect- and structure-regulated catalytic materials, and further toward mechanism-guided and data-driven multifunctional catalytic platforms in recent years.

Figure 2. Schematic diagram of the overall logical framework of HEOs as multifunctional catalytic platforms.

Figure 3. (a) Normalized configurational entropy as a function of composition for systems with different numbers of components, illustrating the maximum entropy achieved near equimolar multicomponent compositions. (b) Comparison of surface binding-energy distributions for unary, binary/intermetallic, doped, and quinary compositionally complex solid-solution (CSS) phases, demonstrating that HEOs provide a broad distribution of adsorption energies and diverse active sites, which is beneficial for complex catalytic reactions.

Figure 4. (a) Diagrams of conventional solid-state synthesis of HEOs and NaCl-assisted HEOs synthesis. (b) Scheme of preparation of HEOs by hydrothermal methods. (c) Joule-heating setup and processing procedure. (d) Illustration of HEOs synthesis by self-assembly. (e) Scheme of laser-assisted synthesis of HEOs.

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