我国团队突破高熵合金瓶颈：亚纳米级材料合成新工艺解析

10月20日最新消息显示，安徽师范大学研究团队联合中国科学技术大学科研人员，在温和条件下利用激光辐照激发的等离子体光热效应和热电效应，成功研发出亚纳米级高熵合金材料。

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这种创新合成方法具有极高的普适性，能够制备包含十多种金属元素的复杂高熵合金。相关突破性研究成果已于10月15日发表在国际顶尖期刊《自然·材料》上。

由金、铂、钯、铑和铱五种贵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卓越的电催化水解制氢稳定性。在2.12伏的工作电压下，该材料以2安培/平方厘米的电流密度持续工作1200小时，性能未出现明显衰减。

技术背景：高熵合金通常由五种或更多金属元素以5%至35%的比例构成，其独特的多元素组合赋予材料优异的物理化学特性，如晶格畸变效应、缓慢扩散效应和鸡尾酒效应等。这些特性使其在催化活性、耐腐蚀性、热稳定性和化学稳定性方面表现突出。

近年来，粒径小于2纳米的亚纳米级高熵合金受到广泛关注，能显著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，仅能实现每分钟数十摄氏度的冷却速度。这容易导致高熵合金出现相分离现象而形成异质结构，并且极易引起纳米颗粒团聚。虽然最近开发的焦耳热、微波加热法等手段可突破热力学极限并促进高熵合金形成，但仍难以获得理想的亚纳米级高熵合金材料。

本项研究中，科研人员将金纳米颗粒分散在含有多种金属盐的溶液中，使用纳秒脉冲激光对其进行辐照，成功实现亚纳米级高熵合金纳米颗粒的批量化制备。该方法巧妙利用了纳秒脉冲激光辐照所激发的金纳米颗粒等离子体激元效应，可使颗粒表面温度快速升至2000摄氏度以上，并以超过1010摄氏度/秒的极速进行冷却，突破了传统合金合成方法的技术瓶颈。该工艺适用于各种亚纳米级高熵合金纳米颗粒的制备，可合成出含有十多种金属元素的亚纳米级高熵合金。所得高熵合金纳米颗粒平均尺寸仅为1.8纳米，且各元素均匀分布。

通过该方法制备的由金、铂、钯、铑和铱五种贵金属元素组成的亚纳米级高熵合金，可作为高效催化剂用于电解水制氢。该催化剂在酸性电解水制氢和析氧反应中均表现出优异活性，且具有超高的稳定性。在质子交换膜电解槽中，该亚纳米级高熵合金同时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铱催化剂，在2安培/平方厘米的大电流密度下可稳定电解水超过1200小时。

相关论文链接：

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