Li-CO2电池因其能够将CO2固定和转化与高能量密度存储相结合而备受关注。然而，正极上CO2还原和析出反应的动力学缓慢，造成了大的过电位和较差的循环稳定性。

为了解决这一问题，开发先进的正极催化剂至关重要。

高熵合金（HEAs）作为一类新型催化剂，已在多种电化学反应中展现出卓越的催化活性。

然而，HEAs中混合构型熵（ΔSmix）与催化性能之间的内在关系仍不明确。

2025年2月8日，南京大学何平教授、穆晓玮和南京航空航天大学郑明波副教授团队在国际顶级期刊Angewandte Chemie International Edition发表题为《Boosting Li-CO2 Battery Performance via High-Entropy Alloy Catalysts: Insights into Configurational Entropy Effect》的研究论文，Zhang Wen为论文第一作者，何平教授、穆晓玮和郑明波副教授为论文共同通讯作者。

在这里，作者制备了一系列具有不同ΔSmix值的五元FeCoNiCuRu合金，并将其负载在碳纳米纤维上作为Li-CO2电池的正极催化剂。

实验和计算结果表明，ΔSmᵢₓ与催化活性呈正相关，这归因于不同电负性元素之间的电荷重新分布。

使用最大ΔSmix值合金催化剂的Li-CO2电池具有6160 mAh g-1的最大放电容量、低于4.0 V的最低充电电位平台以及显著的循环稳定性（550次循环/550小时），超越了大多数已报道的Ru基催化剂。

此外，作者还制备了低贵金属负载的软包电池，展示了HEAs在Li-CO2电池中的实际应用潜力。

这项工作为Li-CO2电池中高熵催化剂的设计提供了新的思路。

图1：FeCoNiCuRu/CNFs的制备过程及表征

图2：不同条件下的电化学性能

图3：不同反应阶段的形貌和化学成分变化

图4：材料的化学状态和电子结构

图5：DFT计算

综上，作者通过静电纺丝结合不同温度下的热处理合成了一系列具有不同ΔSmix值的FeCoNiCuRu/CNFs。

XRD结果表明，随着温度的升高，材料从低温下的hcp结构转变为高温下的fcc结构，这种热力学驱动的相变促进了原子扩散，导致ΔSmix逐渐增加，进一步促进了低电负性元素（Fe、Co、Ni和Cu）向高电负性元素Ru的电子转移，使Ru成为富电子活性位点。

根据DFT计算，FeCoNiCuRu HEA/CNFs对CO2具有最强的吸附能，使CO2还原反应趋向最低能垒（1.24 eV）路径。

此外，Li2CO3显著降低了FeCoNiCuRu HEA/CNFs的分解能垒，表明其在充电过程中具有增强的催化效果。

以FeCoNiCuRu HEA/CNFs为正极催化剂的的Li-CO2电池提供了6160 mAh g-1的最大容量、低于4.0 V的最低充电电位平台以及显著的循环稳定性（550次循环/5500小时）。

结合非原位和原位表征，作者证明了使用FeCoNiCuRu HEA/CNFs正极的Li-CO2电池遵循4Li+3CO2↔2Li2CO3+C的可逆反应机制。

该研究强调了ΔSmix在增强催化性能中的关键作用，并为设计高效的Li-CO2电池催化剂提供了宝贵的见解。

Boosting Li-CO2 Battery Performance via High-Entropy Alloy Catalysts: Insights into Configurational Entropy Effect. Angewandte Chemie International Edition, 2025. https://doi.org/10.1002/anie.202424121.