周敏教授、陈双明教授， Angew. ：构建拓扑无序高熵非晶氧化物用于交替CO2氧化还原循环过程自适应补偿！

第一作者：刘雨淳

通讯作者：陈双明*，周敏*

单位：中国科学技术大学

随着碳达峰、碳中和目标的推进，能够同时实现碳循环与能量存储的锂-二氧化碳（Li-CO₂）电池成为了研究焦点 。然而，电极材料在长期的氧化还原循环中，由于频繁的结构演变，往往会产生“材料疲劳”，导致局部结构塌陷和活性位点失活，这严重制约了电池的循环寿命 。如何让活性位点在剧烈的反应中保持“长寿”？这一难题成为了领域内的关键挑战。本篇论文提出了构筑一类具有本征自适应特性的高熵非晶氧化物（HEAOs）作为模型系统，通过这种长程拓扑自适应性来重新定义抗疲劳电化学材料的设计原则策略。不仅为Li-CO₂电池正极材料的设计提供了新的视角，也为适应复杂多变电化学系统的材料设计提供了全新的设计方向和策略。

近日，来自中国科学技术大学的周敏教授陈双明教授合作，在国际知名期刊Angewandte Chemie International Edition上发表题为“Building Topological-Disordered High-Entropy Amorphous Oxides for Adaptive Compensation During Alternating CO₂ Redox Cycling”的观点文章。该文章提出了一类具有本征自适应特性的高熵非晶氧化物（HEAOs）作为模型系统，通过这种长程拓扑自适应性来重新定义抗疲劳电化学材料的设计原则。

非晶高熵氧化物（HEAOs）的核心创新在于拓扑无序，以实现动态自适应补偿，这是传统晶体材料或单组分非晶材料无法实现的能力。本文介绍了一种新的合成策略，通过使用金属氧配位多面体作为次级结构单元，实现高熵非晶化，以动力学控制成核过程。这种方法能够在HEAOs中自发形成软和可重构的M-O-M协调网络。HEAOs的结构弹性源于其动态自适应的金属-氧配位框架，其中成分多样性和灵活的M-O-M连接共同控制双电子调制，激活d-d电子转移和/或d-p轨道杂交。通过局部键长和电荷再分配，这种自适应网络使HEAOs能够立即响应波动的电化学刺激，并有效地缓冲活性位点的电子波动。与传统的晶体或单组分非晶材料不同，固有的拓扑无序，加上高度响应的变化，在二氧化碳减少/释放循环中驱动了活性中心电子波动的自适应补偿。

本文的突破性研究实现了直接揭示非晶态高熵系统中自适应补偿机制起源的里程碑。基于同步辐射X射线吸收谱和第一性原理计算，非晶特征提供了高度的结构弛豫，同时实现了一定程度的电子分布无序；而高熵特征从另一个维度促进了无序的电子结构，并利用高结构弛豫的特性整合了更多的功能结构单元。在两者的共同作用下，材料可以更好地利用长程结构来缓解面对复杂电化学系统时局部电荷转移引起的疲劳，将重点从局部模型稳定性转移到长程拓扑完整性工程。

本文率先将这种自适应补偿转化为抗疲劳电极的设计。凭借高结构弛豫和配置熵的优点，HEAOs阴极在整个非晶网络中分散和缓冲电荷诱导的疲劳。以（CrFeCoNiCu）-O为例，HEAOs作为锂二氧化碳电池的实用阴极，在100 µA cm^-2的整个循环中实现了前所未有的3.14 V的平均中值放电电压，优于所有报告的非贵金属氧化物。独特的自适应补偿在不同电流密度下支持出色的循环寿命（电压间隙≤0.50 V）和能效（~90%）。它不仅扩大了新型阴极材料的设计范围，还展示了HEAOs在具有交替氧化还原的先进电化学系统中的广泛适用性，如锂离子电池、锂空气电池、锂氧电池、锌空气电池等。

Building Topological-Disordered High-Entropy Amorphous Oxides for Adaptive Compensation During Alternating CO₂ Redox Cycling

周敏教授简介：中国科学技术大学特任教授，博士生导师，国家创新人才引进计划青年项目入选者，长期从事非晶态材料的合成与应用研究，实现多类新材料创制，在离子、电子、声子等输运方面取得创新进展。在Nat. Comm. , J. Am. Chem. Soc,  Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater.等国际期刊上发表论文100余篇，总被引13000余次，H因子45。目前担任J. Semi.，Smart Mater.等杂志编委/青年编委，主持国家重点研发计划课题，国家自然科学基金等多项项目。

陈双明教授简介：中国科学技术大学国家同步辐射实验室特任教授，2023年国家自然科学基金青B项目获得者，中国科学院青年创新促进会会员，合肥先进光源（HALF）“原位工况软X射线谱学与散射线站”系统负责人，开展同步辐射芯能级谱学线站建设、技术开发及应用研究工作。近五年来，以第一/共一或通讯作者在 PNAS、Nature Communications、Advanced Materials 等国际知名期刊上发表论文 40 余篇，入选科睿唯安全球高被引科学家，担任《物理化学学报》青年编委。

刘雨淳于2022年获得中国石油大学（华东）理学学士学位。目前就读于中国科学技术大学，在周敏教授的指导下从事极限非晶材料的可控合成与结构解析以及钼基材料在锂二氧化碳电池中的结构设计与反应机理调控研究，围绕能量存储体系中“结构—性能—机理”三者的内在关联展开系统探索。