对于锂氧电池（LOBs）而言，制备具有高催化活性和稳定性的阴极催化剂是十分理想的。具有近乎100%活性位点暴露和固有稳定性的高熵氧化物-亚1纳米异质纳米线（SNWs）无疑是最佳候选材料之一。
2025年2月28日，北京航空航天大学刘俊利副教授、张瑜教授、清华大学王训教授、在国际知名期刊Journal of the American Chemical Society发表题为《High Entropy Oxide-Polyoxometalate Sub-1 nm Hetero-Nanowires as Cathode Catalysts in Li–O2 Batteries》的研究论文，匙文雄、Huaiyun Ge为论文共同第一作者，刘俊利、张瑜、王训为论文共同通讯作者。
刘俊利，北京航空航天大学副教授，2015年学士毕业于西北大学化学与材料科学学学院，2020博士毕业于清华大学化学系 ，2022博士后毕业于清华大学化学系，后于北京航空航天大学就职副教授。
刘俊利副教授研究方向为团簇诱导低维亚纳米材料的设计合成及其在催化、新能源电池储能，能量转化以及亚纳米材料自组装及其构效关系。主持国家自然科学基金青年科学基金，博士后创新人才支持计划以及中国博士后科学基金第68批面上项目。
张瑜，北京航空航天大学教授，2002本科毕业于延边大学应用化学系，2007博士研究生毕业于吉林大学化学学院，2009年博士后毕业于中国科学院长春应用化学研究所，2012年博士后毕业于日本广岛大学，后于北京航空航天大学担任教授。
张瑜教授主要从事无机新能源材料研究，重点开展了新型高容量锂/钠离子电池电极材料、锂-空气电池电催化剂和柔性锂-空气电池关键材料与器件功能导向设计、可控构筑和构效关系等方面的工作；主持国家自然科学基金4项；近5年以通讯作者发表影响因子大于20的SCI论文13篇，包括Nat. Energy1篇、Nat. Chem.1篇、Adv. Mater. 8篇等；受邀在ChinaNANO 2017和The Third China-Japan Joint Symposium on Inorganic and Nanomaterial Science等国际学术会议上作邀请报告。
王训，清华大学教授，1994年9月至2001年7月在西北大学化工系学习，先后获得学士，硕士学位；2004年于清华大学化学系获得博士学位。2004年8月至2005年11月任清华大学化学系讲师，2007年12月任清华大学教授，2012年任年清华大学化学系任副主任，2014年任清华大学化学系主任。
王训教授的研究领域为功能纳米材料控制合成、组装及性能研究，发表在《自然》等杂志的SCI论文200余篇，论文SCI总引用16000余次。
该研究在温和的溶剂热条件下，通过将磷钼酸（PMA）引入多金属氧化物反应体系，成功制备了一系列高熵氧化物-磷钼酸亚1纳米异质纳米线（HEO-PMA SNWs），其中金属氧化物的种类可以从单组分调节至六组分。
当这些SNWs作为阴极催化剂应用于LOBs时，随着金属氧化物物种的逐步增加，LOBs的电容量和循环稳定性得到了稳步提高，这表明熵调制效应在提高电池性能方面起着重要作用。
此外，考虑到不同金属氧化物固有的催化活性差异，通过保持高熵氧化物-磷钼酸亚1纳米异质纳米线（HEO-PMA SNWs）中元素数量不变，仅通过调节一种金属氧化物来进一步优化电池性能。
特别是基于铋铜铁铈钨铂氧化物-磷钼酸纳米线的电池，展现了高达11206mAhg-1的容量以及213个循环的卓越稳定性，有望成为锂氧电池的电催化剂候选材料。
图1：HEO-PMA SNWs的形貌与结构表征
图2：HEO-PMA SNWs的元素分布
图3：分子动力学模拟
图4：HEO-PMA SNWs在LOBs中的电化学性能
图5：HEO-PMA SNWs的优化与性能
图6：放电产物与反应机理研究
综上，该研究通过温和的溶剂热法，将磷钼酸（PMA）引入多金属氧化物体系，成功制备了一系列高熵氧化物-磷钼酸亚1纳米异质纳米线（HEO-PMA SNWs），并将其应用于锂氧电池（LOBs）的阴极催化剂。研究探讨了纳米线的形成机制，并通过实验和理论计算分析了其对电池性能的影响。
研究发现，随着金属氧化物种类的增加，LOBs的容量和循环稳定性显著提高，表明熵调控效应在提升电池性能方面发挥了重要作用。
此外，通过调整单一金属氧化物的种类，进一步优化了电池性能。密度泛函理论（DFT）计算表明，PMA的存在显著增强了对LiO2的吸附能力，从而加速了电池反应动力学。
该研究为设计和制备高性能锂氧电池阴极催化剂提供了新思路，结合高熵氧化物-磷钼酸亚1纳米异质纳米线结构的优势，有望推动LOBs在高能量密度储能领域的实际应用。
High Entropy Oxide-Polyoxometalate Sub-1 nm Hetero-Nanowires as Cathode Catalysts in Li–O2 Batteries J. Am. Chem. Soc., 2025. https://doi.org/10.1021/jacs.4c15979