电催化析氧反应(OER)是控制整个水分解反应的关键步骤，并在能量转换系统中作为必要的阳极过程。OER的两种机制通常已经确定：吸附态演化机制(AEM)，其特性是金属带在费米能级附近的参与，以及晶格氧氧化机制(LOM)，其涉及费米能级附近的氧带。AEM对过电位(~370 mV)有理论限制，大多数先进的电催化剂都是通过LOM进行的。
然而，LOM途径的挑战在于克服显著的热力学障碍，实现金属离子的深度氧化(即具有高价态)。此外，维持高价金属离子在复杂催化剂-电解质界面的稳定性对于确保可持续的LOM参与至关重要。
近日，华中科技大学于海滨和湖北大学彭旭等展示了多路径电子协同作用如何促进晶格氧活化，从而增强OER活性。研究人员系统地将3d过渡金属Fe、Co和Cr以及高价元素W引入纯Ni中，从而创造了一系列催化剂：Ni、NiFe、NiFeCo、NiFeCoCr和NiFeCoCrWx。
基于系统的表征和理论计算，证实OER机制从AEM (Ni，NiFe)向LOM (NiFeCo，NiFeCroCr和NiFeCoCrW0.2)途径的转变主要由两个因素造成：首先，Ni位点的电子结构的微调，具有更近的d-p带中心，使OER能够在O p带中进行电子活化；其次，LOM途径中O-O的解吸涉及金属-O键的断裂，突出了M-O键强度的重要性。引入较弱的Co-O键降低了O-O解吸的能垒，创造了一个高效的Ni-Co双位点LOM途径。
基于上述结论，研究人员制备出NiFeCoCrW0.2 HEA催化剂，其在电流密度为10 mA cm-2时的过电位为220 mV。同时，该催化剂还表现出良好的稳定性，在100 mA cm-2电流密度下连续电解90天内保持电位变化不超过5%。此外，在特定测试条件下对关键中间体μ-OO的评估为区分由多个组分形成的多路径调控系统的反应机制提供了直接证据。
总的来说，该项工作阐明了赋予HEAs高活性的协同效应，揭示了每种组分元素在催化活性中的具体作用，有助于推进高性能OER电催化剂的研究。
High-entropy alloy enables multi-path electron synergism and lattice oxygen activation for enhanced oxygen evolution activity. Nature Communications, 2025.DOI: 10.1038/s41467-025-58648-y