研究背景与意义

催化剂烧结问题：即使在 80℃低温下，金属催化剂（尤其是 < 3 nm 的超细纳米颗粒）也会因高表面能发生烧结，导致活性位点减少，限制高温应用（如汽车尾气处理、化工反应）。

传统载体缺陷：常规氧化物载体（CeO2)、(TiO2)、(Fe2O3)虽能缓解烧结，但长期高温下易结构坍塌，稳定性不足；传统再生方法（如氯化法）需精确控制温度和氯浓度，流程复杂。

HEO 的潜力：高熵氧化物凭借高构型熵效应，可构建稳定结构并提供复杂表面化学环境，为金属物种的分散与稳定提供新方案。

图 1.(CrMnFeCoZnMg0.5)3O4高熵氧化物纳米纤维的结构表征。

近期，东南大学代云茜教授团队研究了多孔高熵氧化物（HEO）纳米纤维，利用其独特的高熵效应促进烧结Pt的自再生。Pt/HEO中的高构型熵使得Pt纳米颗粒通过500°C的简单低温热处理，从5.8 nm（900°C烧结后）再分散到3.4 nm，这也得到了原位HAADF - STEM的验证。自再生Pt/HEO - 900 - 500°C几乎完全恢复CO氧化性能，与原始Pt/HEO相比，T50（50%转化温度）仅提高了4°C。特别是，Pt/HEO‐900‐500°C表现出较低的失活速率常数，在CO氧化中运行85小时为4.7 × 10−3 h−1。相关研究成果以“Entropy-Driven Self-Regeneration of Ultrafine Pt on Porous High-Entropy Oxide Nanofibers”为题目，发表在期刊《Advanced Functional Materials》上。

图 2. (a) Pt/HEO（铂/高熵氧化物）的形貌结构表征。

图 3. 铂/高熵氧化物（Pt/HEO）在不同条件下老化后的原位高角环形暗场扫描透射电子显微镜观察结果。

图 4. (a) 铂/高熵氧化物（Pt/HEO）在不同高温条件下的一氧化碳（CO）氧化性能。(b)、(c) 铂/低熵氧化物在不同高温条件下的 CO 氧化性能。(d)、(e) 铂/中熵氧化物在不同高温条件下的 CO 氧化性能。(f) 铂/低熵氧化物、铂/中熵氧化物及铂/高熵氧化物（Pt/HEO）在不同高温条件下的 50% 转化率温度（T50)。(g) 经 900℃处理后再经 500℃处理的铂/高熵氧化物（Pt/HEO-900-500℃）在 CO 氧化反应中的稳定性。(h) 本研究中催化剂与其他铂基催化剂在 CO 氧化反应中的失活速率对比。

结论

为提升负载型催化剂的热稳定性与再生能力，本研究利用高构型熵效应，推动铂（Pt）物种在高熵氧化物（HEO）纳米纤维上的重新分散。通过二次热处理，可实现烧结态铂纳米颗粒的熵驱动重构，且无需额外化学助剂：在氮气环境中经 900℃退火后，铂纳米颗粒尺寸增至 5.8 nm，而将其再加热至 500℃时，尺寸可缩小至 3.4 nm，这一现象证实了 Pt/HEO 体系的再生能力。

在一氧化碳（CO）氧化性能测试中，再生后的 Pt/HEO-900-500℃（900℃烧结后经 500℃处理的 Pt/HEO）展现出恢复的催化性能，其 50% 转化率温度（T50）仅比原始 Pt/((CrMnFeCoZnMg0.5)3O4) 高 4℃。此外，该催化剂在约 52% CO 转化率的连续运行条件下，表现出优异的热稳定性——85 小时运行的失活速率常数低至 4.7×10-³ h-¹，在 CO 氧化反应中具备出色的抗衰减能力。本研究结果为分析负载型金属催化剂的重新分散行为、设计具有增强热稳定性的抗烧结催化剂提供了新途径。

https://doi.org/10.1002/adfm.202512568