研究背景
選擇性地生產有價值的甘油化學品，如甘油酸鹽（作為重要的化學中間體），由于C–C鍵的易裂解和多個反應途徑的存在，面臨著重大挑戰。甘油的電氧化反應尤為嚴峻，這要求開發出理想的電催化劑。為了促進甘油電氧化反應生成甘油酸鹽，中國科學院寧波材料技術與工程研究所陳亮研究員、尹宏峰研究員、田子奇研究員、林貽超研究員合作在“Nature Nanotechnology”期刊上發表了題為“Nanoscale high-entropy surface engineering promotes selective glycerol electro-oxidation to glycerate at high current density”的最新論文。本研究提出了一種利用高熵PtCuCoNiMn納米表面的方法。該催化劑表現出卓越的活性（在0.75 V對可逆氫電極下約200 mA cm?2）和選擇性（75.2%）。原位振動測量和理論計算表明，卓越的甘油電氧化選擇性和活性歸因于高熵表面的獨特特性，這些特性有效地改變了暴露的Pt位點的電子結構。 該催化劑成功應用于電解槽中的長期甘油電氧化反應，表現出優異的性能（在1.2 Vcell下約200 mA cm?2），且持續時間超過210小時。本研究強調，通過構建高熵表面在催化劑-電解質界面上調節催化位點是電化學催化的有效策略。
研究亮點
（1）實驗首次合成了高熵PtCuCoNiMn納米表面（PtCuCoNiMn-EC），得到了顯著提高的甘油電氧化反應（GEOR）活性和選擇性。（2）實驗通過濕化學方法結合電化學表面重構制備了PtCuCoNiMn-EC催化劑，并在1 M氫氧化鉀和0.1 M甘油溶液中進行測試。結果顯示，PtCuCoNiMn-EC在0.8 V的電位下表現出比傳統Pt/C催化劑高5.4倍的電流密度，并具有75.2%的甘油酸鹽選擇性，展現了目前該領域中最佳的催化性能之一。（3）實驗通過利用高熵合金催化劑的獨特特性，成功調節了Pt位點的電子結構，顯著提高了甘油電氧化反應的選擇性和活性。該研究表明，通過構建高熵表面調節催化位點的電子結構，是提升電化學催化效率的有效策略。（4）實驗通過構建電解槽并進行長期運行，成功實現了約200 mA cm?2的電流密度和71.8%的甘油酸鹽選擇性，持續時間超過210小時，證明了該催化劑在實際應用中的長期穩定性和優異性能。
圖文解讀
圖 2.CV電化學活化下PtCuCoNiMn表面氧化分析
總結展望
總之，本研究設計了一種高熵PtCu@PtCuCoNiMn催化劑，用于甘油到甘油酸鹽的高效電氧化反應，基于一種自然啟發的級聯反應。成功組裝了一個流動甘油電解槽，在工業電流密度下展現出優異且穩定的性能。PtCuCoNiMn-EC催化劑的催化機制涉及甘油的初級–OH的激活、解離和吸附，以及甘油–甘油醛–甘油酸鹽的轉化。通過大量的原位表征和密度泛函理論（DFT）計算表明，引入Cu可以抑制乳酸的生成，從而提高選擇性。與此同時，其他堿金屬微調電子結構、調節表面氧化態，并保護暴露的Pt位點。本研究提供了一種利用高熵納米結構催化劑顯著增強電化學反應活性和選擇性的策略。未來的研究應聚焦于開發低鉑含量甚至無貴金屬材料，用于有價值化學品的電催化合成。 Wang, S., Lin, Y., Li, Y. et al. Nanoscale high-entropy surface engineering promotes selective glycerol electro-oxidation to glycerate at high current density. Nat. Nanotechnol. (2025).https://doi.org/10.1038/s41565-025-01881-9
