近日，化工学院尹淑丽副教授在Applied Catalysis B: Environment and Energy期刊发表题为“Self-complementary effect through d-d orbital coupling in high-entropy alloy nanowires boosting electrocatalytic biomass upgrading”的研究论文，研究生耿瑞晨为第一作者，尹淑丽副教授为通讯作者。

图1.高熵合金AuCuAgPdNi纳米线的合成示意图

该研究工作报道了一种简便的制备具有自补偿效应的高熵合金AuCuAgPdNi纳米线催化剂。值得注意的是，AuCuAgPdNi纳米线在5-羟甲基糠醛（HMF）氧化过程中表现出优异的活性和选择性，在1.60 Vvs.RHE电位下，2,5-呋喃二羧酸（FDCA）的产率为95.5%，选择性为98.4%。此外，作者还设计了一种液流电解池，将阳极的高性能5-羟甲基糠醛氧化反应（HMFOR）与阴极的析氢反应耦合在一起。原位傅里叶变换红外结果揭示了HMFOR途径与电位之间的关系。理论计算表明，AuCuAgPdNi纳米线通过d-d轨道耦合产生的自补偿效应促进了表面电子的交换，从而实现了高效的HMFOR。该研究为高熵合金系统的创新合成和内在催化机制提供了见解，并为生物质的增值转化提供了思路。

图2.高熵合金AuCuAgPdNi纳米线的耦合催化性能图

该研究报道的这种高熵合金AuCuAgPdNi纳米线催化剂具有丰富的缺陷，引入结构缺陷至关重要，因为它可以诱导晶格应变，优化原子间的电子构型，从而增强电荷和质量转移过程。这有利于优化反应途径，使AuCuAgPdNi纳米线有可能进一步提高电催化剂的稳定性和活性。更重要的是，在液流电解池中实现了阳极高性能HMFOR与阴极效率接近100%的析氢反应的耦合。AuCuAgPdNi纳米线催化剂优越的电催化性能得益于其组成金属之间的协同作用和高熵效应。理论结果进一步证明了高熵合金中各元素对电催化过程的不同贡献。深入分析表明，高熵合金的电催化活性源于轨道耦合，它增强了d带中心原子的自补偿效应，优化了中间产物之间的电子转移。高熵合金的出现打破了传统合金的设计原则，该研究的合成策略和方法有望用于合成其他d-d轨道高熵合金，为生物质的增值转化提供创新途径。

总之，该研究采用一锅湿化学法合成了高熵合金纳米线催化剂。系统研究表明，AuCuAgPdNi纳米线具有较低的电荷转移电阻和较高的电化学表面积。此外，将HMFOR与析氢反应偶联后，实现了同步绿色HMF的氧化和H₂的析出。该研究揭示了高熵合金系统的创新合成和内在催化机制，为生物质的增值转化提供了有效策略。