高熵氧化物 (HEO) 包含五种或更多金属阳离子，通常被认为随机混合在结晶氧化物晶格中，由于协同效应，可以表现出独特和增强的性能，包括改进的催化性能。

近日，宾夕法尼亚州立大学Ismaila Dabo，Zhiqiang Mao，Raymond E. Schaak在高熵铝酸盐尖晶石氧化物 (Fe_0.2Co_0.2Ni_0.2Cu_0.2Zn_0.2)Al₂O₄ (A₅Al₂O₄) 中实现了带隙变窄。

文章要点

1）A₅Al₂O₄ 的 0.9 eV 带隙比所有母体尖晶石氧化物的带隙都窄。多组分 AAl₂O₄ 尖晶石的第一性原理计算表明，由于 3d 过渡金属系列的电负性和晶场分裂的变化，3d 态的能量分布变宽导致带隙变窄。

2）作为碱性电解质中析氧反应的催化剂，A₅Al₂O₄ 在 400 mV 的过电势下达到 10 mA/cm² 的电流密度，在 1.7 V 的施加电势下优于所有单金属端元（相对于 RHE）。催化剂失活在 10 mA/cm² 下 5 小时后发生，根据元素分析和掠入射 X 射线衍射，催化剂失活是由于形成了阻挡高熵氧化物表面的钝化层。该结果有助于验证 HEO 是活性催化剂。

3）对 A₅Al₂O₄ 中带隙变窄的观察扩大了高熵材料表现出的协同特性的范围，并提供了对如何通过高熵方法设计多组分氧化物材料的电子结构以实现增强催化性能的问题的见解。

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Rowan R. Katzbaer, et al, Band Gap Narrowing in a High-Entropy Spinel Oxide Semiconductor for Enhanced Oxygen Evolution Catalysis, J. Am. Chem. Soc., 2023

DOI: 10.1021/jacs.2c12887

https://doi.org/10.1021/jacs.2c12887