随着全球能源转型的持续和碳中和目标的推进，清洁高效的能源转化引起了越来越多的关注 [1], [2]。氢气具有无碳特性和高重量能量密度，是未来可持续发展的一种有前途的能源载体 [3], [4], [5]。水电解制氢因其清洁的产品和丰富的原料而被广泛认为是一种有前途且可持续的路线 [6], [7], [8]。直接乙醇燃料电池由于乙醇的广泛可用性、便捷的储存和运输以及高能量密度，在便携式和移动能源系统中显示出巨大的潜力 [9]。然而，这两项技术的大规模实际应用仍严重依赖于高性能电催化剂的开发 [10], [11], [12], [13], [14]，这些催化剂必须同时具有高本征活性和优异稳定性以满足工业需求 [15], [16]。因此，开发结合高活性和高耐久性的双功能电催化剂对于促进这两种能源技术的实际应用具有重要意义。
Pt 催化剂被广泛认为是酸性介质中乙醇氧化反应（EOR）和析氢反应（HER）最具代表性的贵金属电催化剂之一，因为它们具有最优的氢吸附自由能和激活 C-H 键的强能力，从而促进乙醇脱氢和氧化 [17], [18], [19]。尽管具有出色的催化性能，Pt 仍然存在几个关键缺陷。在 EOR 过程中，强吸附中间体，如 CO 和醛类物质，可以阻塞活性位点并毒化 Pt 催化剂，从而导致催化剂快速失活 [20], [21], [22], [23]。此外，在长时间运行期间，特别是在高过电位下，Pt 纳米颗粒容易溶解、奥斯瓦尔德熟化和聚集，导致电化学活性显著丧失和耐久性不佳 [24], [25]。此外，Pt 的天然稀缺性和高成本极大地限制了其大规模部署 [26], [27]。这些问题在酸性介质中变得更加关键，因为需要高催化剂稳定性和抗中毒性 [28]。因此，合理设计新型 Pt 基催化剂，具有高催化活性、增强的抗中毒能力、优异的稳定性和减少 Pt 用量，对于解决当前的技术瓶颈具有重要意义。
为了克服这些局限性，将 Pt 与其他金属合金化已被广泛认为是一种有效策略 [29]。合金化可以调节 Pt 的电子结构，优化 EOR 和 HER 中关键中间体的吸附行为，并引入额外的活性位点，从而显著提高催化性能 [30], [31], [32]。同时，合金化可以提高耐腐蚀性并减少 Pt 负载量，从而同时增强稳定性并降低成本 [33], [34], [35]。与传统的二元或三元合金相比，由五种或更多元素组成的高熵合金（HEAs）因其独特的物理化学性质和在多种电催化反应中的杰出潜力而引起了广泛关注 [36], [37], [38], [39]。值得注意的是，HEAs 的强晶格畸变效应可以诱发大量的局部应变，这调节了电子结构并优化了中间体的吸附能 [40], [41]。它们缓慢的扩散提供了优异的热稳定性和烧结/溶解抗性，限制了金属损失和迁移，以保持稳健的结构完整性 [42], [43]。尽管开发了各种 HEA 合成方法，包括溶剂热法 [44], [45]、共还原法 [46], [47] 和球磨法 [48], [49]，但这些方法仍面临几个挑战。这包括使用污染试剂、高能耗、对催化剂形貌和粒径的控制不足以及活性成分分散性差 [50], [51], [52]。特别是，超小 HEA 纳米颗粒的受控合成仍然具有挑战性，尽管这种超小尺寸对于电催化反应是高度理想的。
在我们最近的工作中，一种锚定在氮掺杂中空碳纳米笼（hNCNC）上的 HEA 催化剂通过快速微波辅助策略制备，并在碱性介质中对甘油氧化反应和 HER 均表现出优异的双功能催化活性 [53]。这一进展表明，高熵效应可以同时增强酒精氧化过程中的抗中毒能力，增加催化可及活性位点的数量，并提高结构鲁棒性，而 hNCNC 载体促进纳米颗粒分散和稳定性。基于这一策略，我们进一步制备了高度分散的超小 PtRhRuCuCrMn HEA 纳米颗粒负载在 hNCNC（HEA/hNCNC）上。特别地，该策略被扩展到更具挑战性的酸性 EOR/HER 体系，预计高熵合金将提高抗中毒性和催化耐久性，而超小纳米颗粒提供更大的活性位点暴露。结果，所制备的 HEA/hNCNC 在 EOR 中表现出 2.82 A mg-1 的质量活性，分别是 Pt/hNCNC 和商业 Pt/C 的 3.1 倍和 4.7 倍，同时也显示出优异的稳定性和增强的 CO 耐受性。对于 HER，HEA/hNCNC 仅需 16 mV 的过电位即可提供 10 mA cm-2，显著低于 Pt/hNCNC 和商业 Pt/C。此外，该催化剂在 10 和 100 mA cm-2 下保持 50 h 的稳定运行，表现出卓越的耐久性。HEA/hNCNC 的卓越催化性能归因于 hNCNC 载体的协同贡献，它促进了纳米颗粒的高度分散和电子结构调节，以及高熵合金效应，它诱导了多金属协同作用并提高了结构稳定性。本研究展示了一种构建用于 EOR 和 HER 的高活性和耐久电催化剂的有效策略。
