发展廉价和高性能的过渡金属基电催化剂是解决当前能源存储问题的潜在方案和研究热点之一。其中，由非贵金属组成的高熵合金催化剂因其多组分协同效应而受到广泛关注。然而，高熵合金复合材料的简易合成，以及载体分级孔结构的同时实现仍然是一个挑战。
北京大学材料科学与工程学院邹如强团队发展了一种简易的方法用于制备分级孔碳负载的高熵合金催化剂。利用富含锌（Zn）的金属有机框架作为前体，由于锌的低沸点（907°C）及其在合金中的高挥发性，首先能够实现兼具微孔、中孔和介孔的分级孔碳结构；其次锌的挥发有助于在温和条件下(缓慢降温)保持合金催化剂的高熵状态。前驱体中含有大量的锌，最终制备的复合材料中几乎不含锌，这种利用锌的挥发的“一石二鸟”作用的合成策略，最终实现了具有分级孔结构的高熵合金碳纳米复合材料。
有别于常规制备高熵合金的骤热骤冷法(如焦耳热法等)，在该制备策略中采用高挥发性的Zn作为隔离剂以有效隔离其它金属位点来避免金属颗粒的聚集，解决金属位点在温和降温过程中的团聚问题，从而实现单相高熵合金。这一方法不依赖于极端温度控制技术来制备小尺寸样品，同时确保了加热过程中材料的均匀性。同时，锌的挥发在形成分级孔结构中也发挥了至关重要的作用。与不含锌的HEA/NC−1相比，由含0.8 Zn的前驱体生成的HEA/NC−5显示出显著增加的微孔和中孔。锌的挥发与有机配体的分解共同促成了具有分级孔结构的高熵合金纳米复合材料。研究团队就不同温度阶段锌的挥发及造孔效果做了详尽的表征。
最终，高度分散的金属催化中心与分级吸附位点之间的协同效应使得该纳米复合材料在较低的催化剂负载下就能实现优异的电催化氧还原性能，HEA/NC-5组装的ZABs性能也优于贵金属组装的ZABs。该方法通过便捷的富锌前驱体来制备高熵合金，具备良好的可扩展性，适用于多种高熵合金的生产和广泛的应用领域。
论文信息
“One-Stone, Two-Birds”: Zinc-Rich Metal–Organic Frameworks as Precursors for High-Entropy Zn-Air Battery Electrocatalysts with Hierarchical Pore Structures
Jianwen Su, Yinji Wan, Long Feng, Dingding Huang, Hsing Kai Chu, Xuan Zhang, Xiaoye Geng, Yonggang Wang, Ruiqin Zhong, Ruqiang Zou
Angewandte Chemie International Edition
DOI: 10.1002/anie.202413826
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