《Angew. Chem. Int. Ed.》：高熵金属烯气凝胶：硝酸根还原反应中*H生成和消耗的新平衡剂

High-Entropy Metallene Aerogels: A New Balancer for *H Production and Consumption in Nitrate Reduction Reaction

Hanjun Li, Zhen Huang, Yimin Wang, Guangtong Hai*, Wei-Hsiang Huang*, Chun-Chi Chang, Min-Hsin Yeh, Feili Lai, Nan Zhang*, Tianxi Liu*

Angew. Chem. Int. Ed. 2025, DOI: 10.1002/anie.202505156

氨（NH₃）作为关键化工原料，其绿色合成路径备受关注。电催化硝酸根还原反应（NO₃RR）通过8e^-/9H⁺多步转移将废水污染物转化为NH₃，兼具环境修复与能源存储价值。然而，该过程面临中间体复杂化（*NO₂→*NO→*NH₂OH）、析氢反应（HER）竞争及法拉第效率低下等核心挑战。钯（Pd）基材料凭借卓越的氢活化能力与抗中毒特性成为理想候选，但其固有缺陷（如NO₃^-吸附弱、HER活性高）亟待通过组分与结构协同调控解决。高熵金属烯通过多组元协同效应、超薄二维结构及大比表面积的独特优势，显著提升了原子利用率和电子结构调控能力，是一类高效稳定的电催化材料；然而，其二维特性易导致自堆叠，进而限制传质效率与活性位点暴露。为突破这一瓶颈，构建以高熵金属烯为结构单元的金属气凝胶材料，有望利用其多孔互联结构提供的丰富的传质通道和活性位点，加速电荷传递并抑制堆叠效应。此外，高熵金属烯气凝胶可通过整合高熵金属烯的多组分协同性与气凝胶的三维拓扑结构，实现活性位点密度与传质效率的双重优化。然而，不同金属间成核速率、晶格常数及表面能的显著差异，使得多组元金属烯的二维均匀生长与三维精准组装仍面临动力学调控难题，因此设计并开发结构均一且产量高的高熵金属烯气凝胶是一大挑战。

基于此，江南大学化学与材料工程学院刘天西教授团队首次通过种子介导生长策略开发了高熵金属烯气凝胶新材料，并实现了其普适性制备，获得了PdCuSnCoNi、PdCuSnBiCo、PdCuSnBiNi、PdCuBiCoNi以及PdCuSnBiCoNi 等五种高熵金属烯气凝胶材料。在NO₃RR中，PdCuSnCoNi高熵金属烯气凝胶的NH₃法拉第效率和产率分别高达99.5% 4117.8 μg h^-1 mg_cat.^-1，并表现出优异的稳定性，其性能显著优于Pd金属烯气凝胶。过渡金属的引入调控了高熵金属烯气凝胶表面电子结构，显著改变了Pd的d带中心位置，从而优化了*NO₂和*NO等关键中间体的吸附能，同时通过氢吸附能的精准调控，实现了*H生成与消耗的动力学平衡，最终促进了NO₃RR的选择性与效率提升。

本研究通过创新性地开发高熵金属烯气凝胶的通用制备方法，不仅实现了多组元金属在二维尺度上的均匀成核与三维网络结构的精准构筑，更通过d带中心调控和氢吸附能优化揭示了其催化活性位点的电子结构-反应活性构效关系，为NO₃RR等高附加值催化过程提供了兼具高原子利用率与传质效率的先进材料平台，同时为能源存储、传感等领域的多尺度材料设计开辟了新范式。

本文第一作者为江南大学化工学院博士研究生李晗君，通讯作者为江南大学刘天西教授、张楠副教授、浙江大学衢州研究院海广通副研究员以及国家同步辐射中心黄伟翔博士。

论文连接：https://doi.org/10.1002/anie.202505156