近日，我院崔升教授和吴晓栋副教授团队在气凝胶电催化材料应用于锌空电池领域取得显著进展，相关研究成果以“Boosting oxygen reduction via nanotwinned high-entropy aerogels with deficient Pd coordination and multi-d-orbital hybridization for zinc-air battery applications”为题发表在《Advanced Energy Materials》（IF=26.0）期刊上。论文通讯作者为崔升教授和吴晓栋副教授，课题组博士生袁克为第一作者。

电催化氧还原反应（ORR）和析氧反应（OER）是高效清洁能源转换的核心技术环节，决定着燃料电池与金属-空气电池的能量效率。然而传统的贵金属催化剂面临资源稀缺、成本高昂、稳定性不足等瓶颈，且其活性位点密度有限，严重制约了其在电催化装置中的规模化应用。因此，开发具有多元素协同效应和三维多孔网络结构的新型电催化剂，成为突破性能瓶颈、推动燃料电池/锌空电池等新能源应用的关键。

本研究通过热力学和电子结构分析结合粒子自组装技术，成功构建了具有分级多孔结构的PdPtCuNiCo高熵合金气凝胶（HEAAs）。晶格畸变产生的局部微应变和纳米孪晶边界，破坏典型的原子周期性，产生不饱和配位，从而增加活性位点密度，在碱性电解质中展现优异的双功能活性，ORR和OER电位差低至0.64Vvs.RHE。将其组装至锌空电池装置中，长期稳定性可超600小时。研究表明PdPtCuNiCo HEAAs中存在由3d（Cu,Ni,Co）向4d（Pd）和5d（Pt）转移电荷的多维d轨道电子调控现象。同时，强烈的反键效应有效减弱OOH*的吸附，高自旋电子构型促进电子向O 2p轨道转移，两者协同显著提升ORR活性。这项工作为高效催化剂的设计提供了原子层面的理论支持，并展示了在可持续能源领域的强大应用潜力。

原文链接：https://doi.org/10.1002/aenm.71223.

图1（a）PdPtCuNiCo HEAAs的合成示意图，（b）XRD图谱，（c）MSD对比，（d）Z轴方向的原子浓度分布图，（e）RDF图像，（f）部分原子轨迹图，（g）SEM，（h）氧在不同孔径孔洞中扩散系数的二维视图，（i）HRTEM和相应的粒径统计直方图，（j）SAED图像，（k）经过像差校正后的原子分辨率HAADF-STEM图像和显示孪晶结构中活性位点分布的示意图，（l）ε_xx方向几何相图中的应变分布，以及（m）PdPtCuNiCo HEAAs的HAADF-STEM图像和相应的EDS元素分布。

图2PdPtCuNiCo HEAAs不同活性位点的（a）火山图，（b）吉布斯自由能与过电位的线性关系，（c）OOH*的PDOS，（d）不同催化剂模型在U=0 V时ORR四步基本反应的吉布斯自由能变化（图示为 PdPtCuNiCo HEAAs 催化剂上H_PdPdPt的四步吸附反应示意图），（e）计算得到的COOP图，（f）自旋态密度，（g）催化剂在室温下的滞后环，（h）电子配置图，（i）d带的中心位置及示意图，（j）PdPtCuNiCo HEAAs的原位FTIR光谱。