在能源材料领域，高熵合金（HEAs）凭借其独特的 “鸡尾酒” 效应备受关注。这种效应强调了元素组合和组成空间对材料性能的显著影响。然而，五元 HEAs 的元素组合数量庞大，传统研究方法难以有效探索。尽管高通量实验和人工智能技术带来了新的可能性，但电化学活性表面积（ECSA）测量和密度泛函理论（DFT）计算的难题仍制约着高效电催化剂的筛选。在此背景下，中国科学院长春应用化学研究所的周敏研究员团队的最新研究成果，为解决这一困境提供了创新思路，对推动能源催化领域的发展具有重要意义。
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高通量实验方法创新：提出基于 Pt 基五元高熵合金的高通量实验方法，从大型语言模型（LLM）提供的元素库出发，通过前驱体阵列打印和脉冲加热技术制备 HEA 阵列，极大提高了实验效率。 -
内在电催化活性量化：利用扫描电化学池显微镜（SECCM）测量，提出量化内在电催化活性的理论，定义相对电流密度（jrelative），实现对高活性元素组合的精准识别。 -
多方法协同验证：将高通量实验与实际催化剂验证、DFT 计算相结合，不仅在 70 种 HEAs 中筛选出如 FeNiCuCoPt 等高性能元素组合，还深入解析了其活性位点和协同效应，形成从元素选择到催化剂验证的完整闭环。
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图 1：高通量实验流程：展示基于 Pt 基五元高熵合金的微尺度 ORR 电催化剂发现流程。a 图基于 LLM 设计元素组合，提取协调元素库；b 图通过微尺度前驱体打印和脉冲高温合成技术制备微尺度 HEAs；c 图利用 SECCM 筛选 ORR 活性，测量相对电流密度识别高活性组合。 
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图 2：70 种元素组合的高通量评估：a 图展示 SECCM 设置，b 图为探针接触 HEA 阵列进行 LSV 测量过程。研究发现 ECSA 与非法拉第充电电流高度线性相关，提出相对真实电流密度概念。c、d 图通过 jrelative-E 曲线和热图直观比较不同组合 HEAs 的 ORR 内在活性，确定排名前三组合。 
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图 3：优势元素组合的验证：a 图 XRD 图谱确认三种 HEAs@CNFs 的 FCC 晶体结构；b - e 图通过多种显微图像和 EDS 映射展示纳米颗粒特性；f - h 图 CV、LSV 和 Tafel 曲线表明三种 HEAs@CNFs 催化性能优于商业 Pt/C；i 图比较半波电位和质量活性进一步证实优越性；j 图显示 ORR 过程涉及 4 电子转移；k 图 FeNiCuCoPt@CNFs 循环 10,000 次后仍具优异稳定性和活性。 
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图 4：优势元素组合的解析：a 图展示 FCC HEA 晶面模型；b 图为 FeNiCuCoPt 表面 O2 吸附构型；c 图确定 Fe 位点为共同 ORR 活性位点；d - f 图差分电荷密度图分析电荷变化；g - h 图 DOS/PDOS 图表明 Cu 和 Co 协同效应是高活性关键；i 图自由能图显示 FeNiCuCoPt 在 ORR 中优势。 
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