高熵合金是由五種及以上不同元素（每種元素含量在5%-35%之間）組成的固溶體，隨著元素種類的增多，合金材料中構型熵也隨之增大。與傳統低熵納米材料相比，其晶格畸變所引起的應變效應對催化活性具有促進作用，在熱力學（ΔGmix=ΔHmix-TΔSmix）和動力學（空缺機制進行擴散）上可形成更穩定的晶體結構。因此，設計特定結構的高熵合金納米材料為構建高效穩定的電催化材料提供了新的研究方向。然而，以往的制備方法對條件要求苛刻，需要高溫來克服反應能壘，使得催化材料結構難以精確控制；或者產生尺寸較大不適合催化的納米材料。目前，尋找一種低溫方法精準制備結構、成分可控的高熵（亞）納米材料是高熵材料領域的難點。近期，郭少軍團隊報道了一種新的還原-擴散普適性方法制備了系列鉑基多金屬高熵納米線（元素可達10種）。與以往的高溫制備方法不同，該制備方法可在低溫(180~220℃)下將多個元素均勻混合，形成結構和成分可控的高熵納米線（圖1），該方法可拓展制備17種高熵納米線（圖2）。與低熵納米線相比，高熵納米線晶格發生畸變，改變了納米線的應變分布和電子結構（圖3），其在氫氧化反應(HOR)和析氫反應(HER)中展現出優異的催化性能。相關工作以“A general approach to high-entropy metallic nanowire electrocatalysts”為題發表在Cell出版社旗艦刊Matter2022, DOI:10.1016/j.matt.2022.09.023上。圖2.（A）高熵納米線生長機理；（B）高熵納米線的拓展合成圖3.十元高熵納米線與三元納米線形貌結構對比分析。（A-C）三元納米線和（D-F）十元高熵納米線的球差透射電子顯微鏡分析；（G,H）高熵納米線幾何相分析；（I）X射線吸收光譜分析另外，該團隊在亞納米尺度實現了多組元高熵合金晶體的二維各向異性可控生長。通過模板輔助技術克服金屬晶體固有的形成緊密排列結構的傾向，使多種熱力學不混溶元素通過置換途徑在Ag納米線表面可控成核及晶體生長，再結合脫合金技術，首次實現液相合成厚度僅為0.8 nm的五至八元二維高熵合金亞納米帶材料（圖4）。其中，具有豐富局部應變的五元PtPdIrRuAg亞納米帶材料在堿性電解質中表現出優異的氧還原反應電催化活性及穩定性。六元PtPdIrRuAuAg亞納米帶材料在金屬空氣電池中顯著降低充電過電位并提升循環性能。相關工作以“A general synthetic method for high-entropy alloy subnanometer ribbons”為題發表在J. Am. Chem. Soc.2022, 144, 10582上。郭少軍教授為第一篇論文的唯一通訊作者，孫英俊博士后和張文舒博士生為論文的（共同）第一作者。郭少軍教授和香港理工大學黃勃龍教授為第二篇論文的通訊作者，陶璐博士后和香港理工大學博士生孫明子為論文的（共同）第一作者。本工作得到了國家自然科學基金、科技部重點研發計劃、科學探索獎、中國石油天然氣創新基金、中國博士后科學基金等項目的支持。
全文鏈接：
1.https://doi.org/10.1016/j.matt.2022.09.023
2.https://doi.org/10.1021/jacs.2c03544
參考資料：https://www.mse.pku.edu.cn/info/1012/2198.htm
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