近日，安徽師范大學(xué)校長(zhǎng)熊宇杰教授與合作者利用激光輻照所激發(fā)的等離激元效應(yīng)和熱效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了亞納米級(jí)高熵合金的創(chuàng)制。該方法具有廣泛的普適性，可制備含有多達(dá)十種金屬元素的亞納米級(jí)高熵合金。由金、鉑、釕、銠和銥等五種金屬元素組成的亞納米級(jí)高熵合金，在質(zhì)子交換膜電解槽中展現(xiàn)出卓越的電解水產(chǎn)氫穩(wěn)定性。在2.12伏的電壓下，該亞納米級(jí)高熵合金以2安培/平方厘米的電流密度持續(xù)工作1200小時(shí)。相關(guān)成果以“Rapid synthesis of subnanoscale high-entropy alloys with ultrahigh durability”為題發(fā)表在《自然·材料》上（Nature Materials DOI: 10.1038/s41563-025-02358-9）。

       高熵合金一般由五種或更多金屬元素，以5 %至35%的比例所構(gòu)成的一類特殊合金。高熵合金的多種元素組合使其表現(xiàn)出獨(dú)特的物理和化學(xué)特性，如晶格畸變效應(yīng)、緩慢擴(kuò)散效應(yīng)和雞尾酒效應(yīng)等。這些特性賦予其優(yōu)異的催化活性、耐腐蝕性、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。近年來(lái)，顆粒尺寸低于2納米的亞納米級(jí)高熵合金受到廣泛關(guān)注，可以有效提升貴金屬的利用率。然而，在傳統(tǒng)的合成方法中，加熱和冷卻速率較慢，僅能實(shí)現(xiàn)每分鐘數(shù)十?dāng)z氏度的冷卻速度。這導(dǎo)致高熵合金出現(xiàn)相分離現(xiàn)象而形成異質(zhì)結(jié)構(gòu)，并且極易引起納米顆粒團(tuán)聚。雖然最近開發(fā)的焦耳熱、微波加熱法等方法可突破熱力學(xué)極限并促進(jìn)高熵合金的形成，但仍難以獲得亞納米級(jí)高熵合金。

       在該工作中，研究人員將金納米顆粒分散在含有多種金屬鹽的溶液中，使用納秒脈沖激光對(duì)其進(jìn)行輻照，可批量獲得亞納米級(jí)的高熵合金納米顆粒。該方法巧妙地利用了納秒脈沖激光輻照所激發(fā)的金納米顆粒等離激元效應(yīng)，可將顆粒表面溫度快速升至2000攝氏度以上，并且以高于10¹⁰攝氏度/秒的速度進(jìn)行冷卻，突破了傳統(tǒng)合成方法的瓶頸。該方法適用于各種亞納米級(jí)高熵合金納米顆粒的制備，可合成出含有多達(dá)十種金屬元素的亞納米級(jí)高熵合金。高熵合金納米顆粒的平均尺寸僅為1.8納米，且各元素均勻分布。

       該方法獲得了由金、鉑、釕、銠和銥等五種金屬元素組成的亞納米級(jí)高熵合金，可作為催化劑用于電解水。該催化劑表現(xiàn)出優(yōu)越的酸性電解水產(chǎn)氫和產(chǎn)氧活性，且具有超高的穩(wěn)定性。在質(zhì)子交換膜電解槽中，該亞納米級(jí)高熵合金作為陰極和陽(yáng)極的催化劑，具有明顯優(yōu)于商業(yè)鉑碳催化劑和二氧化釕催化劑的活性及穩(wěn)定性，在2安培/平方厘米的大電流密度下可穩(wěn)定電解水超過1200 小時(shí)。

       安徽師范大學(xué)是該論文的第二通訊單位。

       論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41563-025-02358-9

新聞鏈接：https://www.ahnu.edu.cn/info/1104/151910.htm

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