综述：中高熵催化剂在战略可再生燃料重整制氢中的应用研究

这篇综述系统阐述了中高熵材料（MEMs/HEMs）作为新一代催化剂在可再生燃料（生物乙醇/甲烷等）重整制氢中的突破性进展，重点解析了熵稳定化效应、晶格畸变和多元协同作用对催化性能的调控机制，为设计抗烧结、抗积碳的高效催化体系提供了熵工程策略。

　　

熵工程催化：解锁可再生燃料制氢新范式

引言

全球能源转型背景下，氢能因其143 MJ/kg的超高能量密度和零碳排放特性成为焦点。然而传统镍/钌基催化剂在重整反应中面临烧结、积碳等瓶颈。中高熵材料（MEMs/HEMs）凭借独特的熵驱动稳定性（ΔS_mix≥1.5R）和多元协同效应，为突破这些限制提供了新思路。

中高熵材料的核心原理

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  高熵效应：五元以上近等原子比混合（如FeCoNiCuMn）产生的构型熵（ΔS_conf）可降低吉布斯自由能，提升高温稳定性

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  晶格畸变：原子尺寸差异引发的局部应变（δ≥6.5%）优化d带中心位置，增强CO₂吸附活化能力

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  鸡尾酒效应：多元组分协同产生非线性的电子结构调控，例如PtPdRhRuIr六元高熵合金在甲烷干法重整中展现97%的CH₄转化率

重整技术中的熵工程应用

蒸汽重整(SR)

钙钛矿型高熵氧化物（如La_0.2Ce_0.2Pr_0.2Sm_0.2Ni_0.2O_3-δ）通过氧空位增殖使乙醇转化率提升40%，积碳率降至0.03 mg/g_cat·h

干法重整(DR)

尖晶石结构高熵硫化物（Co_0.2Fe_0.2Ni_0.2Cu_0.2Zn_0.2S₄）在700°C下实现H₂/CO=1.08的理想比例，抗硫中毒性能超越传统催化剂3个数量级

自热重整(ATR)

通过熵驱动外溶（exsolution）构筑的核壳结构（Ni@HEA）在生物质衍生燃料中展现2000小时稳定性，GHSV高达120,000 h^-1

未来挑战与机遇

亟待探索氮化物/硫化物等新型熵稳定体系，开发数据驱动的成分设计算法。工业级测试显示，HEMs在连续5000小时运行后仍保持92%初始活性，但成本控制（现为传统催化剂2.3倍）仍是规模化瓶颈。

结语

熵工程催化剂正重塑可再生燃料制氢的技术路线图，其"一材多效"特性完美契合复杂反应环境需求。随着氧空位精准调控和机器学习辅助设计的发展，这类材料有望在2030年前实现商业化应用，推动氢经济真正落地。