高熵氧化物纳米结构用于快速可持续硝酸酚还原

高熵材料因其源于单相多组分系统中结构无序性带来的高配置熵, 而成为一种有前景的催化剂类. 尽管存在潜力, 但高熵氧化物(HEO)的催化性能仍相对不被充分探索. 本研究采用简单溶液燃烧法合成两种低成本、富过渡金属的多阳离子氧化物, 分别位于中等熵(HEO-4)和高熵(HEO-5)区间. 粉末 X 射线衍射数据经 Rietveld 细化确认两种纳米结构均形成单相且具有面内立方(fcc)晶体结构. 通过扫描电镜和透射电镜研究了形貌、粒径及多阳离子元素分布. 对合成的 HEOs 在一系列硝酸酚衍生物的氢化反应中进行催化性能评估. 结果显示, HEO-5 具有显著提升的催化活性($k_{\mathrm{app}} \approx 0.5~\mathrm{min^{-1}}$, TOF $= 2.1 \times 10^{-3}~\mathrm{mol\,g^{-1}\,s^{-1}}$), 实现对 p-硝酸酚的快速转化, 而中等熵氧化物纳米结构($k_{\mathrm{app}} \approx 0.02~\mathrm{min^{-1}}$, TOF $= 7.2 \times 10^{-4}~\mathrm{mol\,g^{-1}\,s^{-1}}$)活性较低. 此外, 确定了反应的动力学与热力学参数, 包括活化能($E_a$), 活化熵($\Delta H^{\ddagger}$), 活化吉布斯自由能($\Delta G^{\ddagger}$)及活化熵($\Delta S^{\ddagger}$), 以获得反应机理的洞察. 本研究为高熵氧化物催化剂的合理设计与简便合成提供了新思路, 凸显其在高效可持续大规模胺类生产中的潜力.