中国科大创制出超稳定的亚纳米级高熵合金
近日，中国科学技术大学熊宇杰教授团队利用激光辐照所激发的等离激元效应，实现了亚纳米级高熵合金的创制。该方法具有广泛的普适性，可制备含有多达十种金属元素的亚纳米级高熵合金。由金、铂、钌、铑和铱等五种金属元素组成的亚纳米级高熵合金，在质子交换膜电解槽中展现出卓越的电解水产氢稳定性。在2.12伏的电压下，该亚纳米级高熵合金以2安培/平方厘米的电流密度持续工作1200小时。相关成果以“Rapid synthesis of subnanoscale high-entropy alloys with ultrahigh durability”为题发表在《自然·材料》上。
高熵合金一般由五种或更多金属元素，以5%至35%的比例所构成的一类特殊合金。高熵合金的多种元素组合使其表现出独特的物理和化学特性，如晶格畸变效应、缓慢扩散效应和鸡尾酒效应等。这些特性赋予其优异的催化活性、耐腐蚀性、热稳定性和化学稳定性。近年来，颗粒尺寸低于2纳米的亚纳米级高熵合金受到广泛关注，可以有效提升贵金属的利用率。然而，在传统的合成方法中，加热和冷却速率较慢，仅能实现每分钟数十摄氏度的冷却速度。这导致高熵合金出现相分离现象而形成异质结构，并且极易引起纳米颗粒团聚。虽然最近开发的焦耳热、微波加热法等方法可突破热力学极限并促进高熵合金的形成，但仍难以获得亚纳米级高熵合金。
在该工作中，研究人员将金纳米颗粒分散在含有多种金属盐的溶液中，使用纳秒脉冲激光对其进行辐照，可批量获得亚纳米级的高熵合金纳米颗粒。该方法巧妙地利用了纳秒脉冲激光辐照所激发的金纳米颗粒等离激元效应，可将颗粒表面温度快速升至2000摄氏度以上，并且以高于1010摄氏度/秒的速度进行冷却，突破了传统合成方法的瓶颈。该方法适用于各种亚纳米级高熵合金纳米颗粒的制备，可合成出含有多达十种金属元素的亚纳米级高熵合金。高熵合金纳米颗粒的平均尺寸仅为1.8纳米，且各元素均匀分布。
该方法获得了由金、铂、钌、铑和铱等五种金属元素组成的亚纳米级高熵合金，可作为催化剂用于电解水。该催化剂表现出优越的酸性电解水产氢和产氧活性，且具有超高的稳定性。在质子交换膜电解槽中，该亚纳米级高熵合金作为阴极和阳极的催化剂，具有明显优于商业铂碳催化剂和二氧化钌催化剂的活性及稳定性，在2安培/平方厘米的大电流密度下可稳定电解水超过1200小时。
中国科学技术大学特任副研究员张超、硕士生刘畅和淮北师范大学副教授王中辽是本论文共同第一作者，中国科学技术大学熊宇杰教授和天津工业大学刘敬祥教授（原中国科学技术大学特任副研究员）为共同通讯作者。该研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金委、中国科学院先导项目等资助。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41563-025-02358-9
（化学与材料科学学院、合肥微尺度物质科学国家研究中心）
本文链接：http://knowith.com/news-1-13054.html中国科大创制出超稳定的亚纳米级高熵合金
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