北京大学夏定国Nature子刊：反位缺陷优化电子结构，提升高熵金属间化合物ORR活性

氧还原反应(ORRs)在质子交换膜燃料电池(PEMFCs)、金属空气电池、有机合成和环境保护技术中得到广泛应用。然而，缺乏高效的ORR催化剂阻碍了它们的实际应用。

近几十年来，人们付出大量努力开发高活性和耐用的Pt基催化剂，以加速缓慢的ORR。将Pt与其他具有面心立方型固溶体结构的过渡金属合金化，优化了Pt-Mn (M=Fe、Mn、Ni、Ti、Cr等)的表面电子结构，提高了其电催化性能，减少了Pt金属的消耗，降低了燃料电池的成本。

然而，由于阴极ORR的高电化学电位，特别是在酸性介质中，Pt-M合金容易优先浸出金属元素M，导致电催化稳定性和燃料电池性能下降。因此，有必要探索新的策略来实现ORR催化剂的高活性和稳定性。

近日，北京大学夏定国课题组成功使用空间约束策略设计和合成了一种超小PtZnFeCoNiCr高熵金属间电催化剂(PD-PZFCNC-HEI)，其上部结构有序且具有Pt反位缺陷(平均尺寸为1.7 nm)。

实验结果表明，与最先进的Pt/C催化剂相比，PD-PZFCNC-HEI催化剂表现出显著优势，包括优异的质量活性(比商业Pt/C高33倍)和增强的稳定性，使其成为酸性条件下ORR催化剂的理想选择。此外，以PD-PZFCNC-HEI作为阴极(0.05 mgPt cm^-2)组装的PEMFCs，在0.9 V时的峰值功率密度为1.9 W cm^-2，质量活性为3.0 A mg_Pt^-1。

原位光谱表征和理论计算表明，Pt反位缺陷的存在诱导压缩应变，进一步调节Pt的d带电子结构，优化了中间体的吸附；同时，PD-PZFCNC-HEI中非贵金属位点的激活促进了多个活性位点的形成。这些因素之间的协同作用显著提高了PD-PZFCNC-HEI的ORR活性。

综上，PD-PZFCNC-HEI在ORR方面的突出性能为通过缺陷工程研究高熵金属间催化剂的结构-活性关系提供了参考，同时也为其他具有突破性能的有序HEI催化剂的设计提供了指导，并加速了有序HEI在能源相关应用中的研究。

Antisite defect unleashes catalytic potential in high-entropy intermetallics for oxygen reduction reaction. Nature Communications, 2025.DOI: 10.1038/s41467-025-58679-5