近日，同济大学高国华副教授、江南大学朱罕研究员、清华大学庄泽超博士团队合作在《德国应用化学》（Angewandte Chemie）期刊发表题为“Suppression of Structural Heterogeneity in High-Entropy Intermetallics for Electrocatalytic Upgrading of Waste Plastics”的研究论文。该研究成功合成了长程有序的(PtIr)(FeMoBi)HEI催化剂，有效抑制了结构异质性，从而提高了催化效率和选择性。(PtIr)(FeMoBi)HEI催化剂在电催化氧化乙二醇为乙二酸的反应中表现出卓越的性能，质量活性高达5.2 A mg Pt-1，法拉第效率（FE）为95%，是目前报道的最活跃的电催化剂之一。通过原位实验和理论计算，揭示了催化剂结构与性能之间的内在联系，为进一步优化催化剂提供了理论指导。研究不仅为高熵金属间化合物在电催化塑料升级中的应用提供了新的策略，也为探索催化剂结构与性能之间的关系提供了新的平台。

随着全球塑料污染的日益严重，开发高效的塑料回收技术变得尤为重要。电催化升级废塑料是一种具有潜力的方法，可以将废弃塑料转化为高价值的化学品。然而，传统的电催化剂往往存在结构异质性，这限制了其催化效率和选择性。研究者设计了长程有序的(PtIr)(FeMoBi)HEI催化剂，并通过特定的合成方法成功制备了该催化剂。利用多种表征技术，如X射线衍射、高分辨率透射电子显微镜和三维断层扫描等，对催化剂的结构进行了详细分析。同时，通过电化学测试评估了催化剂在电催化氧化乙二醇（EG）为乙二酸（GA）反应中的性能。通过原位实验和理论计算，深入探究了(PtIr)(FeMoBi) HEI催化剂在EG氧化反应中的催化机理。

图1.长程有序(PtIr)(FeMoBi)HEI的设计理念：(a)单金属、金属间、传统HEA和有序HEI的结构示意图。(b)传统HEI和(b)HEI结构的EGOR机制。

图2.原位表征。(a)(PtIr)(FeMoBi)在1 M KOH和1 M EG中的在线差分电化学质谱(DEMS)。(b)(PtIr)(FeMoBi)在-0.28~1.22 V电位范围内相对于RHE的原位电化学拉曼光谱。(c,d)(PtIr)(FeMoBi)在0.07~1.32 V电位范围内相对于RHE的原位ATR-SEIRAS光谱。 

图3.DFT计算。(a1)(PtIr)(FeMoBi)表面的EGOR反应结构示意图。(a2)(PtIr)(FeMoBi)表面的元素分布。(a3)铂和(PtIr)(FeMoBi)不同金属位点上RDS步骤的自由能垒。(b)铂和(PtIr)(FeMoBi)表面上OH辅助EGOR反应的自由能曲线。(c)铂和(PtIr)(FeMoBi)中铂位点的D波段中心。(d)CH2OH-CHOH与Pt之间以及CH2OH-CHOH与(PtIr)(FeMoBi)之间的电荷差。(e)CH2OH-CO与Pt之间以及CH2OH-CO与(PtIr)(FeMoBi)之间的电荷差。

高国华副教授、庄泽超博士、朱罕研究员为论文共同通讯作者，郝嘉策博士与王同德博士为共同第一作者。该研究得到了国家自然科学基金等资助。

论文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202419369