近日，我院邱介山教授和杨琪教授团队、联合清华大学/中国科学院赣江创新研究院李隽院士、陕西理工大学于琦教授，在Journal of the American Chemical Society发表了题为“Functional Carbon-Directed Synthesis of High-Entropy Alloys with Tuned Structure for Catalysis”的研究论文。论文从多组元金属体系中元素难以互溶这一关键科学问题出发，基于课题组在碳材料领域的前期研究基础，创新性地提出了碳材料调控混合焓的纳米高熵合金合成新方法。他们以具有独特sp1-sp2共杂化结构的氢取代石墨炔（HsGDY）为功能碳载体，基于HsGDY独特的杂化结构调控合金体系的金属电子结构进而调控合金体系的混合焓，同时，利用碳材料孔隙结构的空间限域效应控制合金颗粒的尺寸，实现了多种不同元素组成、小尺寸纳米高熵合金的低温可控合成。这一工作揭示了界面电荷转移与混合焓之间的定量关联规律，诠释了碳材料电子结构调控多金属混合行为的内在机制。该工作提出从碳材料-金属界面电子结构出发调控合金体系的混合热力学行为，为纳米高熵合金材料的可控制备提供了新思路。
背景介绍
纳米高熵合金因其多元素协同效应和连续可调的电子结构，在催化、能源等技术领域展现出巨大的应用潜力。然而，不同金属元素在原子尺寸、还原电位、晶体结构和混合焓等方面存在显著差异，容易引发元素偏析和相分离。现有合成方法往往难以同时兼顾低温合成、元素精准定制和颗粒尺寸的精细调控。因此，如何从热力学层面调控多金属混合行为，是实现纳米高熵合金可控制备的关键。
图文解析
论文针对多金属元素之间本征互溶导致纳米高熵合金易发生相分离这一关键难题，提出了一种碳材料介导纳米高熵合金合成的新方法。以HsGDY为功能碳载体，利用其特殊的sp1-sp2共杂化电子结构与金属原子发生界面电荷交换，调控合金体系的混合焓，从而抑制因元素互溶引发的相分离问题。研究发现，HsGDY有效促进了不同金属原子的均匀混合，并在低至150 ℃的条件下形成组成均一、尺寸可控的单相纳米高熵合金。论文揭示了合金体系混合焓与界面电荷转移之间的线性关联本征特性，诠释了HsGDY通过电子再分配调控多金属混合热力学的内在机制。该方法在5-15种金属元素组成的多种纳米高熵合金体系得到进一步验证，展现出很好的元素普适性。
图1.碳导向低温和元素定制合成nHEAs
第一作者：麻怡，付坤
通讯作者：邱介山；杨琪；李隽；于琦
通讯单位：北京化工大学；清华大学；陕西理工大学；中国科学院赣江创新研究院
论文DOI：10.1021/jacs.6c09541
原文链接：https://doi.org/10.1021/jacs.6c09541
审核：牛玮、孙宝昌、商云龙
