我国团队突破传统方法瓶颈，成功创制亚纳米级高熵合金

IT 之家 10 月 20 日消息，据安徽师范大学 10 月 17 日消息，该校校长熊宇杰教授联合中国科学技术大学相关科研团队，在温和条件下利用激光辐照所激发的等离激元光热效应和热电子效应，成功创制出亚纳米级高熵合金。

这一方法具有广泛普适性，能够制备包含多达十种金属元素的高熵合金。相关研究成果于 10 月 15 日发表在国际期刊《自然・材料》上。

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出色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。

▲ 激光诱导等离子激元效应制备亚纳米级高熵合金，图源安徽师范大学公众号

IT 之家注：高熵合金通常是由五种或更多金属元素，按 5% 至 35% 的比例构成的一类特殊合金。高熵合金的多种元素组合使其具有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。这些特性让它具备优异的催化活性、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备受关注，它能有效提升贵金属的利用率。然而，传统合成方法中，加热和冷却速率较慢，冷却速度仅为每分钟数十摄氏度。这使得高熵合金出现相分离现象，形成异质结构，还容易引起纳米颗粒团聚。虽然近期开发的焦耳热、微波加热法等可突破热力学极限，促进高熵合金的形成，但仍难以获得亚纳米级高熵合金。

在这项研究中，研究人员把金纳米颗粒分散在含有多种金属盐的溶液中，用纳秒脉冲激光进行辐照，可批量获得亚纳米级的高熵合金纳米颗粒。该方法巧妙利用纳秒脉冲激光辐照激发的金纳米颗粒等离激元效应，能将颗粒表面温度迅速升至 2000 摄氏度以上，并以高于 1010 摄氏度 / 秒的速度冷却，突破了传统合成方法的瓶颈。此方法适用于各种亚纳米级高熵合金纳米颗粒的制备，可合成含多达十种金属元素的亚纳米级高熵合金。高熵合金纳米颗粒平均尺寸仅 1.8 纳米，且各元素均匀分布。

该方法制得的由金、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。该催化剂在酸性电解水产氢和产氧方面活性优越，且稳定性超高。在质子交换膜电解槽中，作为阴极和阳极的催化剂，其活性和稳定性明显优于商业铂碳催化剂和二氧化钌催化剂，在 2 安培 / 平方厘米的大电流密度下可稳定电解水超 1200 小时。

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