高熵纳米合金(HENA)在材料科学和应用物理学中有着广泛的应用。然而，由于导致相分离的缓慢动力学、前体的复杂预处理和惰性条件，它们的合成具有挑战性。在现在发表在《科学进展》上的一份新报告中, Haoqing Jiang 和美国和中国工业工程、纳米技术和材料科学的科学家团队描述了使用纳秒脉冲激光将金属盐转化为碳质载体上的超细 HENA 的过程。基于独特的激光诱导热离子发射和碳蚀刻，该团队收集了通过有缺陷的碳载体稳定的超细 HENA 的还原金属元素。由此产生的工艺产生了从 1 到 3 纳米不等的各种 HENA 和高达 11 克/小时的金属元素，生产率达到了 7 克/小时。HENAs在氧还原过程中表现出优异的催化性能，具有很大的实用潜力。

开发高熵纳米合金 (HENA)

金属纳米合金形成关键催化剂，在能源领域和环境科学的化学反应中具有广泛的应用。在传统的自下而上的工程路线中，例如化学家采用湿化学技术合成金属纳米合金，相图中每种金属元素的混溶性可以避免颗粒形成过程中的相分离。高熵纳米合金 (HENA) 在每个粒子内具有相同化学计量比的各种金属，由于其不寻常的物理和化学性质而引起了极大的兴趣。这些特性使它们成为有吸引力的催化剂用于跨领域广泛应用的氧还原反应。材料科学家已经展示了传统方法中的缓慢动力学如何挑战该过程，导致纳米合金中的相分离，并开发了一系列方法来应对这些挑战。在这项工作中，Jiang 等人讨论了基于碳质载体上金属盐的纳秒脉冲激光还原直接制备负载型超细 HENA。与之前的实验相比，超快激光反应先于合金的相分离，以合成合金库作为一种直接且方便的方法。

在实验过程中，Jiang 等人将脉冲持续时间为 5 纳秒、脉冲能量高达 600 mJ 的激光包精确地传送到碳质载体上，以产生带有电子射流的明显等离子体羽流。科学家们实施了一个三步过程;在第一步中，他们促进碳质载体吸收激光光子以产生金属离子和电子，然后在高温条件下启动碳质载体的还原和蚀刻。最后，Jiang 等人在激光照射后立即冷却还原的金属原子，在碳载体的缺陷部位同化成超细纳米合金。该过程产生了尺寸均匀且在支撑上分布均匀的HENA。该团队将此过程命名为激光诱导的热电子发射减少，

激光曝光

LITER(激光诱导热离子发射还原)方法主要包括两个步骤：将金属盐负载到碳质载体上以形成前体和对前体进行激光处理。江等人使用四层石墨烯支持的 HENA 作为示例来演示该方法。首先，他们在搅拌下将几层石墨​​烯粉末与氯化物金属盐分散在乙醇溶剂中。在真空下蒸发乙醇溶剂后，他们获得了石墨烯负载的金属前体，然后将其装入玻璃小瓶中，使金属前体在空气中经受纳秒激光脉冲。激光脉冲的光斑尺寸为 5 nm，激光脉冲能量为 620 mJ。在激光脉冲相互作用期间，它们形成高密度等离子体羽流，推动石墨烯薄片穿过整个容器。在激光照射下，石墨烯层吸收激光脉冲进行热转换，形成适合金属盐热解的高温局部环境。激光曝光后，金属盐迅速分解形成金属原子，从而促进 HENA 的形成而不会发生相分离。

前体合成和金属盐还原

在 HENA(高熵纳米合金)合成之前，Jiang 等人使用 LITER 在少层石墨烯上开发了超细铂纳米粒子，以研究大气条件下的激光还原。为了制备前驱体，他们将四氯化铂(PtCl 4 )盐湿浸渍在几层石墨烯的表面上，并在真空下干燥样品以获得黑色粉末。该团队将这种前体装入玻璃小瓶中，以对产品进行激光处理。激光脉冲以 5 ns 的脉冲持续时间产生 620 mJ 的能量脉冲，光斑尺寸为 5 mm，波长为 1,064 nm，以通过激光脉冲启动金属盐的还原，并产生等离子体羽流。激光照射后，他们在真空干燥下浸泡黑色粉末以溶解未反应的盐。

HENA的材料表征及应用

他们通过显微镜对产品进行表征以揭示其结构，使用扫描电子显微镜显示产品如何鉴定为原始的少层石墨烯，并使用透射电子显微镜和高角度环形暗场图像，他们揭示了产品的形态，均匀甚至分布。在石墨烯上形成的均匀纳米颗粒也表现出相同的选区电子衍射图案。江等人。表明LITER(激光诱导的热电子发射减少)可以推广到通过在前体上加载指定的金属盐来开发石墨烯上的多种纳米合金，如使用能量色散光谱的元素映射确定的. 该团队使用相同的技术进一步研究了 HENA(高熵纳米合金)中元素的化学计量比和化学状态，以及 X 射线光电子能谱以揭示元素的化学状态。姜等人接下来进行了电化学性能分析，以通过在碳纳米管上制造 HENA 来了解它们的功能。他们设置了一个传统的旋转圆盘电极，以使用线性扫描伏安法测量来评估催化性能。该团队认为，通过计算机或其他方法对 HENA 进行合理筛选，可以发现性能更好的先进催化剂。

外表

通过这种方式，Haoqing Jiang 及其同事描述了通过相应的金属盐前体在石墨烯和碳纳米管上的直接激光诱导热离子发射下，在纳秒内对均匀的高熵纳米合金 (HENA) 进行细化。由此产生的 HENA 纳米结构在氧还原反应中具有显着的催化性能。这项工作中引入的激光诱导热电子发射减少 (LITER) 方法是以可扩展和节能的方式将各种元素混合到超小型合金中的先进方法。科学家们设想整合丰富的元素组合，超快激光技术和纳米级特征来生产具有广泛应用的各种特性的合金库。