氢能具有清洁、高效的特点，将在实现“双碳”目标的进程中发挥重要的作用。利用可再生能源电解水制氢具有能量转换效率高、产物纯度高、绿色环保等优点，是极具潜力的绿色制氢方式。贵金属Pt基催化剂仍然是目前最为有效的酸性电解水制氢催化剂。然而，贵金属成本高昂、储量有限等缺点在一定程度上限制了电解水制氢技术的推广应用。高熵合金可以通过多组元合金化调控自身的物理和化学性质，有望在保持Pt基催化剂高析氢活性的同时降低贵金属用量，是一类前景光明的新型析氢催化剂。

基于火山型氢吸附能曲线，我们选择氢吸附能接近零的Pt和Ru作为析氢活性组元，选择对氢原子吸附能力相对较强的Co和Ni与对氢原子脱附能力相对较强的Cu作为高熵合金组元以调控电子结构与性能。构建以PtRuCoNiCu为组元的高熵合金催化剂，在保持优异催化反应活性的同时降低催化剂中的贵金属用量。

在本项工作中，我们在分级结构氮掺杂碳纳米笼(hNCNC)载体上构建了分散均匀、平均粒径<2 nm的PtRuCoNiCu高熵合金纳米颗粒，在10 mA·cm⁻²电流密度下的过电位仅为19 mV，在−0.1 V下质量比活性（13.1 A·mg⁻¹）是商业Pt/C的4倍（3.5 A·mg⁻¹），经过10000圈循环伏安测试后过电位无明显改变，表现出优异的酸性析氢反应性能。对比实验和理论计算表明，高熵合金中Pt/Ru组元为析氢反应的主要活性位点，而Co/Ni/Cu通过调控电子结构促进中间体H*的吸/脱附，促进H⁺的快速吸附和H₂的快速释放，从而加速HER反应的进程。高熵合金优异的催化活性除了与本身的高熵合金相有关外，还与催化剂载体的多级结构和氮掺杂相关。载体的多级结构保证了高熵合金纳米粒子的均匀分散与高可及性，有利于析氢催化活性的表达；载体的氮掺杂增强了金属-载体相互作用，提升了催化剂的稳定性。本项研究在低贵金属用量前提下实现了优异的电解水析氢性能，为开发低成本电解水析氢催化剂提供了新思路。

图1 HEA/hNCNC催化剂HER活性的条件优化。(a) 热处理温度的影响（控制金属载量为13.2 wt%）；(b) 金属载量的影响（控制热处理温度为400 ℃）。

图2 us-HEA/hNCNC的形貌和组分表征。(a) XRD谱图；(b) HRTEM图片；(c) AC-STEM图片；(d) HADDF-STEM图片和对应的EDS元素分布图。

图3us-HEA/hNCNC及对比催化剂的HER性能。(a) LSV曲线；(b) 在10和50 mA cm^-2下的过电位；(c) us-HEA/hNCNC与商用Pt/C（20 wt%）的质量比活性；(d) 循环稳定性。

图4 us-HEA/hNCNC的构效关系分析。(a) 50 mg不同催化剂载体的照片；(b) CV曲线；(c) 对应的ECSA和交流阻抗值R_ct；(d) XPS谱。

论文第一作者为南京大学化学化工学院硕士生贾曼曼，通讯作者为吴强教授、杨立军副教授和胡征教授。研究团队围绕纳米/介观结构材料的能量转化和存储关键材料的设计、构筑与性能开展研究，通过生长机理、结构与成份调控对性能的作用规律的系统研究，深刻理解构效关系，获得低成本高性能的新型储能材料和催化剂。

吴强，教授、博导。在南京大学化学化工学院获得学士和博士学位。2004年留校任教，2011-2012 年美国斯坦福大学材料科学与工程系访问学者，江苏省材料学会秘书处副秘书长。围绕纳米/介观结构材料的可控制备、能源应用及调控机制开展研究工作。在Adv. Mater.、EES、Nat. Commun.、Acc. Chem. Res.等刊物上发表论文100余篇，主持自然科学基金、省创新人才基金、联合基金等项目，参加国家重点研发计划等项目。

杨立军，副教授、硕导。在哈尔滨工业大学获得学士和博士学位，赴比利时荷兰语鲁汶大学化学系做博士后。2009年起在南京大学化学化工学院物理化学专业工作。研究兴趣主要围绕理论与实验相结合认识纳米材料在能量存储与转化过程中的作用机制。近年来在J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.等国际学术期刊发表论文40余篇，主持国家自然科学基金、作为研究骨干参加“纳米”重大研究计划项目等。

胡征，教授、博导。国家杰出青年基金获得者，教育部创新团队带头人，中国化学会会士，中国微米纳米技术学会会士，江苏省材料学会理事长。长期在微纳材料物理化学领域进行探索，在纳米/介观结构新材料的生长机理、材料设计、能源应用及调控机制研究方面取得重要进展，特别在碳纳米笼新材料的创制和性能研究方面作出了创新而系统的成果。

Jia M, Jiang J, Tian J, et al. Ultrasmall high-entropy alloy nanoparticles on hierarchical N-doped carbon nanocages for tremendous electrocatalytic hydrogen evolution. Nano Research, 2024, https://doi.org/10.1007/s12274-024-6924-7.