导语
面对全球碳中和目标与CO₂转化技术瓶颈，东北师范大学王长华、张昕彤团队在材料学顶刊《Advanced Materials》上发表创新研究成果。团队开发了溶液等离子体放电技术，首次在常温常压的水相环境中，将非贵金属高熵合金纳米颗粒高效合成与CO₂催化转化合二为一。该技术使FeCoNiCrMn高熵合金催化剂在光热CO₂还原中实现298.1 mmol/gHEA/h的CO生成速率，较单金属催化剂提升6-13倍，且具备100%选择性，为高熵合金绿色制造与碳资源化提供了全新的解决方案。
🔍 研究亮点
秒级合成技术：利用溶液等离子体放电在常温常压下实现多元素均匀混合，克服传统高温高压合成限制
精准结构调控：成功构建核壳结构，表层Cr/Mn氧化物促进氢解离，内部Co/Ni金属核驱动CO₂还原
卓越催化性能：CO生成速率达298.1 mmol/gHEA/h，选择性100%，性能提升6-13倍
机制创新：首次揭示自限制氧化机制与多元素协同作用，Fe元素作为电子-氧离子传输桥梁
📊 图文解析
图1 合成原理与元素分布
图1a展示溶液等离子体合成HEAs/TiO₂示意图，揭示了常温常压下高熵合金的形成路径。图1b通过电导率与pH对比，验证了不同电极组合的放电效果。图1c₁-g₆系统呈现了CoNiCuMoV、FeCoNiCrCu、FeCoNiCuMn、FeCoNiCuMo、FeCoNiCuV等五种高熵合金体系的元素分布图，证实了多元素在纳米尺度上的均匀分布。
图2 结构表征与谱学分析
通过HRTEM和HAADF图像（图2a-d）清晰展示了FeCoNiCrMn高熵合金的边缘与中心结构特征。图2e₁-e₈的元素分布图证实了HEAs/TiO₂中各元素的均匀分散。XRD图谱（图2f）与紫外-可见吸收光谱（图2g）揭示了材料的晶体结构与光学特性。ICP-OES分析（图2h）与XANES、EXAFS谱图（图2i-n）从电子结构层面阐释了催化活性起源。
图3 催化性能与稳定性
图3a-f展示了HEAs/TiO₂与单金属催化剂在CO₂还原中的性能对比，HEAs表现出显著优势。图3g通过不同温度下热催化和光热催化CO生成速率对比，证实了光热协同的增强效应。图3h的24小时稳定性测试显示HEAs/TiO₂具备优异的长期运行能力。
图4-7 机理揭示与普适性验证
图4的原位红外漫反射光谱揭示了反应中间体与温度依赖的转化路径。
图5的原位XPS分析阐明了光照条件下各元素的电子结构变化。
图6系统提出了高熵合金光热催化二氧化碳还原机理图。
图7通过在不同载体（SiO₂、Al₂O₃、ZrO₂、CeO₂）上的性能验证，展示了该技术的普适性与产业化潜力。
⚙️ 技术支撑
溶液等离子体系统：具备常温常压放电能力的等离子体反应装置，实现多元素均匀混合
原位表征平台：集成原位红外、原位XPS、EXAFS等先进表征手段，实时监测反应过程
结构解析体系：通过HRTEM、XRD、UV-Vis等多尺度分析，全面解析材料构效关系
理论计算支持：结合DFT计算，揭示自限制氧化机制与元素协同作用原理
💎 总结与展望
本研究通过溶液等离子体技术，成功实现非贵金属高熵合金的绿色合成，其独特的核壳结构与自限制氧化机制使催化剂在光热CO₂还原中表现出卓越活性和100%选择性。该技术兼具常温常压合成的成本优势与高性能催化的效率优势，为高熵合金制造与碳资源化利用提供了全新路径，有望推动催化材料与碳中和技术的协同发展。
文献信息
Solution Plasma Synthesis of High‐Entropy Alloy Nanoparticles with Self‐Limiting Oxidation for Photothermal CO₂ Reduction
作者：Dashuai Li, Qi Wu, Changhua Wang, Zhehao Sun, Yingying Li, Zongyou Yin, Yichun Liu, Xintong Zhang
期刊：Advanced Materials
ISSN：0935-9648, 1521-4095
DOI：10.1002/adma.202518092
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
