超快激光合成亚10纳米FeCoNiMnCr高熵合金纳米颗粒，用于增强氧释放催化性能

《International Journal of Minerals Metallurgy and Materials》：Ultrafast laser synthesis of sub-10 nm FeCoNiMnCr high-entropy alloy nanoparticles for enhanced oxygen evolution catalysis

氧析出反应（OER）高效非贵金属催化剂的制备难题，通过快速激光辐照合成亚10 nm FeCoNiMnCr高熵合金纳米颗粒（HEA-NPs）并负载于多壁碳纳米管（MWCNT）纸上实现突破。优化激光参数使纳米颗粒晶型纯度达面心立方结构，原子级均匀混合，COMSOL模拟证实激光处理有效抑制Ostwald ripening。该催化剂在1 M KOH中过电位仅255 mV，电流密度10 mA·cm-2，循环>100小时稳定性优异。

　　

摘要

开发高效且耐用的非贵金属催化剂用于氧演化反应（OER）仍然是实现经济高效的可再生能源转换系统中的一个关键科学难题。本文介绍了一种快速激光辐照合成策略，成功制备了尺寸小于10纳米的FeCoNiMnCr高熵合金纳米颗粒（HEA-NPs），这些纳米颗粒被制备在多壁碳纳米管（MWCNT）纸上，可作为高效的OER电催化剂。通过系统优化激光处理参数，实现了对高熵合金纳米颗粒的精确控制合成。通过X射线衍射、高分辨率透射电子显微镜和高角度环形暗场扫描透射电子显微镜对样品进行结构表征，证实其形成了具有面心立方晶体结构的纯相，并且在原子尺度上实现了元素间的均匀混合。此外，COMSOL Multiphysics模拟结果表明，这种快速且非连续的激光辐照方法使前驱材料能够经历超快加热和淬火过程，有效抑制了Ostwald熟化现象，从而有利于形成超细（小于10纳米）的高熵合金纳米颗粒。所合成的HEA-NPs催化剂在碱性电解液（1 M KOH）中表现出优异的氧演化活性，在255 mV的低过电位下实现了10 mA·cm^?2的电流密度，并且在长时间运行（>100小时）过程中活性衰减极小，显示出非贵金属催化剂中的先进性能。本研究为HEA-NPs催化剂的快速制备和性能调控提供了新的思路。