科技 | 我國團隊成功創制出亞納米級高熵合金，助力電解水產氫

據安徽師范大學 10 月 17 日消息，該校校長熊宇杰教授聯合中國科學技術大學相關科研團隊，在溫和條件下利用激光輻照所激發的等離激元光熱效應和熱電子效應，成功創制出亞納米級高熵合金。

這一方法具備廣泛普適性，可制備包含多達十種金屬元素的高熵合金。相關研究成果于 10 月 15 日發表在國際期刊《自然?材料》上。

由金、鉑、釕、銠和銥等五種金屬元素組成的亞納米級高熵合金，在質子交換膜電解槽中展現出卓越的電解水產氫穩定性。在 2.12 伏的電壓下，該亞納米級高熵合金以 2 安培 / 平方厘米的電流密度持續工作 1200 小時。

▲ 激光誘導等離子激元效應制備亞納米級高熵合金，圖源安徽師范大學公眾號

高熵合金一般由五種或更多金屬元素，以 5% 至 35% 的比例所構成的一類特殊合金。高熵合金的多種元素組合使其表現出獨特的物理和化學特性，如晶格畸變效應、緩慢擴散效應和雞尾酒效應等。這些特性賦予其優異的催化活性、耐腐蝕性、熱穩定性和化學穩定性。

近年來，顆粒尺寸低于 2 納米的亞納米級高熵合金受到廣泛關注，可以有效提升貴金屬的利用率。然而，在傳統的合成方法中，加熱和冷卻速率較慢，僅能實現每分鐘數十攝氏度的冷卻速度。這導致高熵合金出現相分離現象而形成異質結構，并且極易引起納米顆粒團聚。雖然最近開發的焦耳熱、微波加熱法等方法可突破熱力學極限并促進高熵合金的形成，但仍難以獲得亞納米級高熵合金。

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其進行輻照，可批量獲得亞納米級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的金納米顆粒等離激元效應，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 / 秒的速度進行冷卻，突破了傳統合成方法的瓶頸。該方法適用于各種亞納米級高熵合金納米顆粒的制備，可合成出含有多達十種金屬元素的亞納米級高熵合金。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高熵合金，可作為催化劑用于電解水。該催化劑表現出優越的酸性電解水產氫和產氧活性，且具有超高的穩定性。在質子交換膜電解槽中，該亞納米級高熵合金作為陰極和陽極的催化劑，具有明顯優于商業鉑碳催化劑和二氧化釕催化劑的活性及穩定性，在 2 安培 / 平方厘米的大電流密度下可穩定電解水超過 1200 小時。

來源：IT之家

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