结构控制pt -高熵合金(Pt-HEA)模型催化剂合成示意图。来源:Yoshihiro Chida et al。
一个研究小组开发了一个新的学习和交流平台控制高熵合金表面的原子级结构。他们发现铂高熵合金在氧还原反应中优于铂钴合金。这些发现具有广泛的适用性，该团队计划在未来将该平台用于实际的电催化。
高熵合金(High-entropy alloys, HEAs)于2004年推出，是一种由多种主要元素以几乎相等的原子比例组成的合金。其独特的化学成分导致了高度的化学无序，即熵，并产生了显著的性能，如高强度，延展性，即使在高温下也具有很强的耐磨性和抗撕裂性。科学家们已经投入了大量的精力来开发新型HEAs，以帮助提高各种电催化剂材料的性能。
高等学校面临的挑战与研究
因为它们由不同的组成元素组成，HEAs的原子级表面设计可能很复杂。但揭开这种复杂性是至关重要的，因为材料的表面性质往往决定了它们的催化活性。因此，研究人员正试图了解HEAs所表现出的原子排列和催化性能之间的关系。
本研究的目录。来源:Yoshihiro Chida et al。
高等教育机构的进步
现在，一个合作研究小组已经创建了一个新的实验平台，可以控制HEAs表面的原子级结构，并能够测试它们的催化性能。他们的突破发表在2023年7月26日的《自然通讯》杂志上。
“在我们的研究中，我们在铂(Pt)衬底上制作了一种称为Cantor合金的合金薄层，该合金含有多种元素(Cr-Mn-Fe-Co-Ni)，”该论文的合著者、东北大学环境研究研究生院教授Toshimasa Wadayama解释说。“这为研究一种称为氧还原反应(ORR)的特定反应提供了一个模型表面。”
研究结果及启示
利用先进的成像技术，该小组检查了Pt-HEAs表面的原子水平结构，并研究了它们的ORR特性。他们发现，与铂钴合金表面相比，Pt-HEAs表面在ORR中的表现更好。这表明，元素在表面附近的原子排列和分布，创造了一个“伪核壳状结构”，有助于Pt-HEAs优异的催化性能。
Wadayama和他的团队强调了他们的发现的广泛适用性，无论是对任何组成元素还是对其他纳米材料。
“我们新建立的实验研究平台为我们阐明多组分合金表面微观结构与其催化性能之间的详细关系提供了强大的工具。它可以有效地阐明任何组成元素和比率的HEAs的原子水平，表面微观结构和电催化性能之间的精确相关性，从而为材料信息学提供可靠的训练数据集。该平台不仅适用于电催化，还适用于功能纳米材料的各个领域。
未来前景
展望未来，该小组希望通过使用pt - hea纳米颗粒来增加电化学表面积，将这个平台扩展到实际的电催化中。
参考文献:“原子水平控制的高熵合金表面电催化实验研究平台”，作者:Yoshihiro Chida, Takeru Tomimori, Tomoaki Ebata, Noboru Taguchi, Tsutomu Ioroi, Kenta Hayashi, Naoto Todoroki和Toshimasa Wadayama, 2023年7月26日，Nature Communications。DOI: 10.1038 / s41467 - 023 - 40246 - 5
