高熵合金(HEAs)通常由五種或五種以上的元素組成，由于其固有的物理化學(xué)性質(zhì)，在許多領(lǐng)域受到了廣泛的關(guān)注。納米尺度高熵合金具有組成空間大、多元素協(xié)同作用強(qiáng)、晶格畸變嚴(yán)重、構(gòu)型熵高等特點(diǎn)，這有望賦予其優(yōu)異的催化活性和穩(wěn)定性。合成形貌可控、元素組成豐富的高熵合金納米結(jié)構(gòu)是大力發(fā)展高熵合金催化劑的重要前提，這不僅為通過構(gòu)建有利的幾何結(jié)構(gòu)來(lái)最大限度地發(fā)揮高熵合金催化劑的固有優(yōu)勢(shì)提供了新的途徑，而且為理解高熵合金催化劑復(fù)雜的結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系提供了良好的平臺(tái)。然而，由于組成元素在還原電位、原子尺寸和電子結(jié)構(gòu)等方面的巨大差異，合成形貌和成分可控的高熵合金納米結(jié)構(gòu)仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。
基于此，湖南大學(xué)黃宏文和南京大學(xué)胡征等通過模板導(dǎo)向策略，成功制備出12種具有可控形貌，包括零維納米顆粒(0 D NPs)、一維納米線(1D NWs)、二維超薄納米環(huán)(2D UNRs)、三維納米枝晶(3D NDs)，以及含有5種或更多元素組分(Pd/Pt/Ag/Cu/Fe/Co/Ni/Pb/Bi/Sn/Sb/Ge)的納米高熵合金。以HEA-PdPtCuPbBi UNR為例，探究了其形成機(jī)理。HEA-PdPtCuPbBi UNR的形成涉及三個(gè)過程：1. Br–/O2–誘導(dǎo)的氧化刻蝕過程引發(fā)了從NS種晶到NR的形貌演變；2.還原沉積過程伴隨著氧化刻蝕過程，還原的Pd/Pt/Cu/Pb/Bi原子置于種晶周圍；3.原子間擴(kuò)散過程，最終形成固溶體HEA-PdPtCuPbBi納米棒。在這種模板導(dǎo)向合成中，高熵合金的形貌結(jié)構(gòu)很大程度上由晶種結(jié)構(gòu)決定，而其組成則由前驅(qū)體的還原、沉積和擴(kuò)散過程獨(dú)立控制。基于以上結(jié)論，研究人員通過改變金屬鹽前體合成七種五元HEA UNR和一種六元HEA UNR；并且，通過合成大小均勻的PdPtCu NP種晶、PdPtCu NW種晶和PdPtCu ND種晶作為模板分別制備出0D、1D和3D HEAs。此外，在所制備的高熵合金中，HEA-PdPtCuPbBi UNRs/C表現(xiàn)出優(yōu)異的乙醇氧化活性，其質(zhì)量活性最大為18.21 A mg-1Pd+Pt，并且具有優(yōu)異的穩(wěn)定性。理論計(jì)算表明，該催化劑組成元素之間的協(xié)同作用以及較高的構(gòu)型熵，增強(qiáng)了對(duì)*OH的吸附，減弱了對(duì)*CO的吸附，這可能是催化劑性能顯著提高的原因。綜上，該項(xiàng)工作不僅揭示了高熵合金形貌和成分可控合成的機(jī)理，而且為設(shè)計(jì)和開發(fā)有效的高熵合金催化劑提供了通用的策略。Programmable Synthesis of High-Entropy Nanoalloys for Efficient Ethanol Oxidation Reaction. ACS Nano, 2023. DOI: 10.1021/acsnano.3c02762
