來源：中國科學(xué)報作者：王敏 田超
導(dǎo)讀
近日，安徽師范大學(xué)校長、教授熊宇杰帶領(lǐng)中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)和安徽師范大學(xué)的聯(lián)合團(tuán)隊，利用激光輻照激發(fā)的等離激元光熱效應(yīng)和熱電子效應(yīng)，創(chuàng)制了亞納米級高熵合金，可含多達(dá)10種金屬元素。該方法通過納秒脈沖激光實現(xiàn)2000攝氏度以上瞬時加熱與每秒超10億攝氏度冷卻，突破傳統(tǒng)高溫限制。所制備的金、鉑、釕、銠、銥五元合金在電解水反應(yīng)中表現(xiàn)出優(yōu)異催化活性與穩(wěn)定性，性能優(yōu)于商用鉑碳和二氧化釕催化劑，展現(xiàn)廣闊應(yīng)用前景。
激光誘導(dǎo)等離激元效應(yīng)制備亞納米級高熵合金藝術(shù)圖。安徽師范大學(xué)供圖
近日，安徽師范大學(xué)校長、教授熊宇杰帶領(lǐng)中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)和安徽師范大學(xué)的聯(lián)合團(tuán)隊，利用激光輻照激發(fā)的等離激元光熱效應(yīng)和熱電子效應(yīng)，創(chuàng)制了亞納米級高熵合金。該方法具有廣泛的普適性，可制備含有多達(dá)10種金屬元素的亞納米級高熵合金。相關(guān)研究成果發(fā)表于《自然-材料》。
將5種甚至更多不同種類的金屬“融合”成一種結(jié)構(gòu)均勻的新型合金，就是“高熵合金”，一直以來都是極具挑戰(zhàn)的科學(xué)難題。如果把它們做到亞納米級別，由于尺寸極小，難度就更大。熊宇杰打了個比方：“就像把5個以上性格、喜好各不相同的人聚在一起，讓他們和睦相處，顯然需要花大力氣。”現(xiàn)實中，不同金屬常常“合不來”，因此傳統(tǒng)的高熵合金合成通常需要在高溫下進(jìn)行，且對元素種類有限制，合成的合金尺寸偏大。
研究團(tuán)隊創(chuàng)新性利用激光輻照技術(shù)，在溫和條件下實現(xiàn)了多種金屬的均勻混合，并成功制備出亞納米級別的高熵合金顆粒。納秒脈沖激光可以在極短時間內(nèi)將顆粒表面溫度迅速提升至2000攝氏度以上，再以每秒超過10億攝氏度的速度迅速冷卻。這一快熱快冷的過程突破了傳統(tǒng)合成方法的限制，不僅讓不同金屬元素均勻分散并合金化，還可以實現(xiàn)顆粒尺寸的微小化。
高熵合金在多個領(lǐng)域，尤其是新能源方面展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景，是一種極具潛力的催化劑材料。研究團(tuán)隊制備的由金、鉑、釕、銠、銥5種金屬組成的亞納米高熵合金，作為電解水催化劑，表現(xiàn)出優(yōu)異的產(chǎn)氫、產(chǎn)氧活性和穩(wěn)定性。在質(zhì)子交換膜電解槽中，其性能明顯優(yōu)于目前商用的鉑碳催化劑和二氧化釕催化劑。
這種新型激光合成方法大大拓寬了高熵合金的材料選擇范圍，有望推動其在更多關(guān)鍵領(lǐng)域的實際應(yīng)用。
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