导语
电解水制氢的工业化进程，长期受困于阳极析氧反应（OER）的缓慢动力学和对贵金属（铱、钌）的依赖。镍铁层状双氢氧化物（NiFe LDH）虽被视为非贵金属催化剂的有力候选，但在高电流密度下，电子传输迟滞和中间体吸附不足导致性能失衡。激活晶格氧机制（LOM）被认为是突破传统吸附演化机制（AEM）理论极限的有效途径，但如何在保持结构稳定的前提下高效激活晶格氧，始终是横亘在研究者面前的难题。
东北林业大学甘文涛、温州理工学院包文慧团队在《Advanced Functional Materials》发表突破性研究，提出一种熵稳定的界面耦合策略，将高熵合金（HEA）纳米颗粒限域于活化碳化木材的天然孔道内，并包覆非晶NiFe LDH纳米片，构筑了NiFe LDH@HEAs-ACW核壳异质结构。通过2060 K、2秒快速焦耳热处理，高熵合金在木材孔道内原位形成并被碳壳牢固锚定；异质界面诱导的强烈电子耦合，将电子从HEA转移至NiFe LDH，显著提升O 2p带中心，从而在低过电位下激活晶格氧参与反应。最终，该催化剂在1000 mA cm⁻²超高电流密度下仅需285 mV过电位，并在500 mA cm⁻²下稳定运行200小时，为高电流密度水氧化提供了兼具高活性和高稳定性的非贵金属解决方案。
🔬 研究核心亮点
⚡ 2秒极速焦耳热：2060 K高温“闪烧”高熵合金
利用快速焦耳热技术，在2060 K高温下仅处理2秒，使熔融金属液滴在木材孔道内缺陷石墨烯的稳定下，原位形成FeCoNiCrMn五元高熵合金，并被薄层碳壳包裹，实现强锚定。
🌳 木材天然孔道：构筑“高速公路”加速传质
活化碳化木材保留规则排列的直通孔道，为OH⁻扩散和O₂气泡释放提供快速通道；NiFe LDH纳米片沿孔道均匀生长，形成三维互联网络，极大提升活性位点暴露。
🔗 界面电子重构：激活晶格氧机制
XPS和XAS证实：电子从HEA向NiFe LDH转移，Ni平均氧化态从+1.8降至+0.8，Mn从+2.3升至+2.6。DFT计算表明，这一重构将O 2p带中心推向费米能级，使反应路径从AEM转向能垒更低的LOM，突破标度关系限制。
🏆 高电流密度性能领跑：1000 mA cm⁻²下仅285 mV
在100、500、1000 mA cm⁻²电流密度下，过电位分别低至253、276、285 mV，塔菲尔斜率仅36 mV dec⁻¹；500 mA cm⁻²下稳定运行200小时无衰减，性能优于绝大多数NiFe LDH及HEA基催化剂。
📈 图文解析
图1：熵稳定界面耦合策略设计
左图展示合成路线：活化碳化木材（ACW）经快速焦耳热（2060 K，2 s）将FeCoNiCrMn高熵合金锚定于孔道内，再通过电沉积包覆非晶NiFe LDH纳米片，形成核壳异质结构。
右图为机理示意：高熵合金@碳壳作为电子传输核，NiFe LDH作为催化壳，木材直通孔道促进离子扩散与气体释放；DFT计算揭示电子从HEA向LDH转移，提升O 2p带中心，激活LOM路径。
图2：形貌结构与元素分布
a-c 纵向截面SEM显示：ACW具有规则直通孔道（~50 μm），电沉积后NiFe LDH纳米片均匀覆盖孔道内壁，形成三维互联网络。
d-g TEM/HRTEM：HEA纳米颗粒（10–38 nm）被厚度~5 nm的非晶NiFe LDH包覆；高分辨图像可见HEA表面包覆少层碳壳（源自焦耳热诱导的石墨化），晶格条纹0.244 nm对应FCC-HEA的(110)面。
h EDS面扫证实Fe、Co、Ni、Cr、Mn在颗粒内均匀分布，无偏析，成功合成单相高熵合金。
图3：电子结构与化学态分析
a-c 高分辨XPS：与对照样品相比，NiFe LDH@HEAs-ACW中Ni²⁺、Fe³⁺峰向低结合能偏移（得电子），而Cr⁰、Co⁰、Mn⁰峰向高结合能偏移（失电子），证明电子从HEA向LDH转移。
d-e XANES：Ni K-edge吸收边向低能偏移，Mn K-edge向高能偏移，与XPS一致。
f-g 线性组合拟合定量：Ni平均氧化态从+1.8降至+0.8，Mn从+2.3升至+2.6，界面电子重构被定量证实。
图4：电催化析氧性能
a LSV曲线：NiFe LDH@HEAs-ACW在10、100、500、1000 mA cm⁻²下过电位分别为165、253、276、285 mV，显著优于对照样。
b 塔菲尔斜率：36 mV dec⁻¹，表明反应动力学加快。
c 性能对比雷达图：在过电位、塔菲尔斜率、稳定性等方面处于文献领先水平。
d pH依赖性测试：质子反应级数ρ_RHE=0.987（接近1），暗示LOM路径；¹⁸O同位素标记DEMS检测到³⁴O₂信号，直接证实晶格氧参与反应。
图5：DFT计算揭示机理
e OH⁻吸附能：NiFe LDH@HEAs-ACW上OH⁻吸附能显著增强（尤其HEA位点），有利于OH⁻捕获与活化。
f d带中心：-0.186 eV，较对照样（-2.02 eV）显著上移，增强中间体结合。
g O 2p带中心：向费米能级偏移，促进晶格氧活化与释放，这是LOM的关键特征。
h 自由能图：LOM路径的能垒（0.57 eV）远低于AEM路径（0.70 eV），而对照样无论AEM还是LOM能垒均较高，证实HEA诱导的LOM激活是性能提升的核心。
🌍 总结与展望
本研究巧妙地将熵工程、界面调控与生物质基底设计融合，在木材天然孔道内构筑了高熵合金@NiFe LDH核壳异质结构，成功在高电流密度下激活晶格氧机制。核心机制可概括为：
结构根源：快速焦耳热在木材孔道内原位形成碳壳包裹的HEA纳米颗粒，熵稳定效应与物理限域协同抑制金属溶出与结构退化；
电子调控：HEA向NiFe LDH转移电子，优化Ni/Fe的氧化态，提升O 2p带中心，使反应路径从AEM转向能垒更低的LOM；
传质优势：木材直通孔道提供快速离子扩散与气体释放通道，保障高电流密度下的稳定运行。
该催化剂在1000 mA cm⁻²下仅需285 mV过电位，并在500 mA cm⁻²下稳定运行200小时，为开发低成本、高活性的工业级水氧化电催化剂提供了全新范式。
未来可从以下方向深化拓展：
🧪 合金体系拓展：探索其他多主元合金（如引入贵金属少量掺杂）与NiFe LDH的界面耦合效应；
🔬 原位机理研究：利用operando XAS/拉曼追踪LOM路径中晶格氧的动态演化；
🌿 生物质碳源多样化：将木材拓展至其他具有取向孔道的生物质（竹、秸秆等），建立普适性制备平台；
⚙️ 器件集成：将此类电极应用于阴离子交换膜电解槽，验证其在工业电解条件下的综合性能。
这项研究标志着高熵合金与生物质碳基底的结合，正将非贵金属电催化剂推向实用化门槛。
📚 文献信息
Yaoxing Wang, Xueqin Fan, Zixuan Yang, Xiaozhen Liu, Yingying Liu, Xueqi Li, Ran Yin, Yue Jiao, Wenhui Bao, Wentao Gan.
Entropy-Stabilized Interface Coupling Activates Lattice Oxygen Inside Wood-Channel-Confined Electrocatalysts for Water Oxidation.
Adv. Funct. Mater. 2026, 2507456.
DOI: 10.1002/adfm.202507456
全文链接： https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202507456
欢迎关注我们的公众号或访问官方网站：
https://www.zhongkejingyan.com.cn/
如果您对上述创新研究所用设备感兴趣，欢迎联系张老师：13121391941
