【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】高熵合金納米材料憑借其表面配位環(huán)境的多樣性和電子結(jié)構(gòu)的可調(diào)性，表現(xiàn)出獨(dú)特的催化性能，已成為材料科學(xué)研究的前沿?zé)狳c(diǎn)。傳統(tǒng)合成方法通常依賴高溫?zé)釠_擊(約1700 °C)實(shí)現(xiàn)不同金屬元素的共還原和充分混合。相較之下，濕化學(xué)方法具有操作簡便、反應(yīng)條件溫和且易于規(guī)模制備等優(yōu)勢，能夠更精確地調(diào)控納米材料的形貌和尺寸等特性。然而，不同金屬鹽之間存在較大的本征還原電位差，導(dǎo)致顯著的還原動力學(xué)差異，并且較低的合成溫度限制了位形熵對金屬混合的促進(jìn)作用。這些因素導(dǎo)致濕化學(xué)法制備的高熵合金納米材料普遍存在合金分布不均勻和組分調(diào)控受限等問題，嚴(yán)重制約了材料催化性能的優(yōu)化與應(yīng)用拓展。
針對上述問題，西安交大前沿院高傳博教授團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地開發(fā)了一種基于濕化學(xué)法的高熵合金納米材料的精準(zhǔn)合成策略。該策略通過有機(jī)分子在晶核表面發(fā)生脫氫反應(yīng)原位生成具有強(qiáng)還原性的活性氫(即氫原子或自由基，H•)，從而在近平衡的濕化學(xué)體系中構(gòu)建出局域非平衡還原環(huán)境。這一設(shè)計(jì)有效克服了金屬還原過程中因本征還原電勢差導(dǎo)致的還原動力學(xué)差異，實(shí)現(xiàn)了不同金屬元素的同步共還原，并成功抑制了相分離的熱力學(xué)傾向，顯著提升了合金組分在納米顆粒內(nèi)的分布均勻性。此外，該方法對高熵合金納米材料的組分具有優(yōu)異的調(diào)控能力，可實(shí)現(xiàn)各組分含量的精確調(diào)控而不影響顆粒內(nèi)其他組分的含量，從而為高熵合金納米材料的組分定制提供了可靠途徑。與傳統(tǒng)方法相比，該合成策略展現(xiàn)出顯著的技術(shù)優(yōu)勢。
左圖：合成機(jī)理圖 右圖：PtIrCuInGaPb高熵合金納米粒子的原子分辨元素分布圖
作為概念驗(yàn)證，研究團(tuán)隊(duì)成功制備了PtCuNiCoFe高熵合金納米顆粒，其表面配位環(huán)境的多樣性顯著提升了電催化甲醇氧化反應(yīng)速率，催化活性明顯優(yōu)于單金屬Pt及少元合金納米材料。
該研究不僅為合成具有均勻元素分布和精確可控組分的高熵合金納米材料提供了新方法，也為制備具有精準(zhǔn)特性的高熵合金衍生物(如金屬氧化物、硫族化合物和磷化物催化劑)開辟了新途徑。
該成果以《高熵合金納米材料的非平衡水熱合成》(Off-Equilibrium Hydrothermal Synthesis of High-Entropy Alloy Nanoparticles)為題，近日在化學(xué)領(lǐng)域頂級期刊《美國化學(xué)會志》(Journal of the American Chemical Society)(IF=14.5)上在線發(fā)表。西安交通大學(xué)前沿院博士生張志學(xué)、助理教授劉釗鈞和蘇州大學(xué)博士生于沛平為共同第一作者。西安交通大學(xué)前沿院高傳博教授、上海科技大學(xué)張青副研究員、蘇州大學(xué)程濤教授為共同通訊作者。西安交通大學(xué)是論文第一完成單位。該研究得到了國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、陜西省杰出青年科學(xué)基金項(xiàng)目和中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)等項(xiàng)目的資助。
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