编辑推荐：
为解决贵金属基高熵合金（NM-HEA）纳米材料合成及结构控制难题，研究人员开展其合成方法及形成机制研究。通过喷雾干燥结合热分解还原法合成多种 HEA 三维纳米框架（HEA-3DNFs），明确关键元素作用，实现相结构精准控制，助力其在催化领域应用。
在材料科学与催化领域，贵金属基高熵合金（NM-HEA）纳米材料宛如一颗闪耀却难以捉摸的新星。它由至少五种不同元素组成，凭借独特的高熵效应，展现出卓越的热力学和动力学稳定性，在众多催化反应中潜力无限，像氨分解、电解水制氢、氧气还原等反应，都有它大显身手的机会。然而，这颗新星周围却笼罩着重重迷雾。一方面，现有的合成方法要么复杂昂贵，要么难以大规模应用，想要找到一种简单、低成本且可规模化的合成路线，成为科研人员亟待攻克的难题。另一方面，NM-HEA 纳米材料的形成机制神秘莫测，尤其是贵金属元素在其中扮演的角色，更是知之甚少。而且，精确控制合金的晶体结构，在原子层面实现精准调控，就如同在微观世界里穿针引线，困难重重，但这对提升材料性能又至关重要。
在这样的背景下，为了拨开这些迷雾，研究人员踏上了探索之旅。他们开展了关于精准合成靶向贵金属基高熵合金纳米材料的研究。最终，他们取得了一系列令人瞩目的成果，相关论文发表在《SCIENCE ADVANCES》上。
研究人员主要运用了喷雾干燥结合热分解还原（SD - TDR）技术、微观结构表征技术（如扫描电子显微镜 SEM、透射电子显微镜 TEM 等）以及密度泛函理论（DFT）计算这几种关键技术方法。通过 SD - TDR 技术合成纳米材料；利用各种微观结构表征技术观察材料的微观结构和元素分布；借助 DFT 计算深入探究材料形成机制和相结构变化。
下面来看具体的研究结果：
- NM-HEA-3DNFs 的合理设计：SD - TDR 法包含喷雾干燥和热分解还原两步。喷雾干燥使多种元素在前驱体颗粒中均匀混合，热分解还原过程在氢气氛围下，通过控制加热、分解温度、时间和冷却速率，让八种金属元素形成单相固溶体，同时气体释放形成多孔结构，最终成功合成多种 Pt 基 HEA - 3DNFs，且元素分布均匀，为单相 fcc 结构。
- HEA-3DNFs 在 MOR 中的电催化性能：选取 PtNiCoCuRuIr HEA - 3DNF 作为阳极电催化剂测试甲醇氧化反应（MOR）性能。结果显示，其电化学活性表面积远超商业 Pt 黑，质量电流密度是商业 Pt 黑的约 15 倍，在稳定性测试中电流密度也更高，展现出优越的 MOR 电催化性能。
- NM-HEA-3DNF 中单相固溶体的形成机制：研究发现，Pt、Ru、Ir、Pd 等贵金属盐能在 300°C 被还原，而非贵金属盐则不能。以 Pt 为例，添加 Pt 可降低 Ni、Co、Cu、Fe 的还原温度，促进单相固溶体合金形成。DFT 计算表明，氢气在新生 Pt 表面反应生成高活性氢原子，协助还原其他元素，形成单相固溶体。对 Ir、Ru、Pd 的研究也验证了该机制，其中 Pd 因氢原子难以脱附不利于形成 HEA。
- PtxNiCoCuRuy HEA - 3DNFs 原子排列的精确控制：通过改变 Pt 与 Ru 的比例和处理温度，研究人员尝试控制 NM - HEA - 3DNF 的相组成。实验发现，Ru 比例超过 Pt 时 hcp 结构特征峰出现，但仅增加 Ru 含量不足以控制相转变。DFT 计算显示 Ru - hcp HEA 结构更稳定，但初始反应阶段 PtNiCoCuRu HEA 主要为 fcc 结构。二次加热处理可促进从 fcc 到 hcp 的相转变，原位 STEM 实验也证实了这一相转变过程，且通过调整还原温度和 Pt - Ru 原子比能精确控制相组成。
在研究结论和讨论部分，研究人员开发的 SD - TDR 方法，简单、低成本且通用，成功制备多种 HEA - 3DNFs，其中 PtNiCoCuRuIr HEA - 3DNF 在 MOR 中性能卓越。同时，明确了 NM（Pt、Ru、Ir）在形成单相固溶体合金中的关键作用，揭示了其形成机制。此外，实现了对 PtNiCoCuRu HEA 中 fcc 和 hcp 相结构的精确控制。这些成果为 NM - HEA 纳米材料在催化领域的应用奠定了坚实基础，有助于更高效、精准地设计材料，推动相关领域的发展。
