漂亮！郭少军最新JACS：高熵合金新形态，亚纳米带！
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研究背景
多金属纳米材料因其在电子、光子学、催化和生物医学中的广泛应用而受到广泛关注。 在过去的几十年里，人们一直在努力合成各种具有明确尺寸、成分、形状和结构的纳米晶。 然而，经典的合金化策略主要基于两到三种成分元素。 虽然这种方法被证明是有效的，但它极大地限制了可以制造的纳米合金的数量。
最近关于含有四个或四个以上原子比相似的元素的纳米 高熵合金（HEA） 的进展大大拓宽了合金设计概念，并添加了更复杂的纳米合金可供选择。最近，在合成HEA纳米颗粒和探索其在催化中的应用方面取得了突破。就催化性能而言，之前的研究主要集中在可以激发晶格变形效应和鸡尾酒效应的化学成分的调节，以优化HEA的催化性能。与此同时， 结构工程，特别是维度和尺寸的调节，已被证明是提高纳米合金理化性能和意外功能的有效方法，但它很少应用于HEA的构建。
超薄二维（2D）结构是功能材料获得前所未有的化学、催化和电子特性的独特和不可或缺的成分，这是由于众所周知的二维电子约束，这是其他类型的纳米材料或其块体材料中都无法实现的。
此外，在催化方面，超薄的2D结构具有大的比表面积、丰富的活性位点和高密度的不饱和原子，这已被证明是在其表面相关应用中设计先进催化剂的理想替代结构。 然而，由于HEA中不同成分金属的成核/生长动力学不同，实现多组分纳米晶体的二维各向异性增长仍然是一个巨大的挑战。
研究成果
近期，北京大学 郭少军 教授和香港理工大学 黄勃龙 教授等人在JACS上发表最新成果，A General Synthetic Method for High-Entropy Alloy Subnanometer Ribbons，作者在此开发了一种 高熵合金亚纳米带 的通用合成方法，为高熵合金家族添加了新成员。
通过使用Ag纳米线（NW）作为模板，作者制造由多达八种金属元素组成的超薄2D HEA亚纳米带（SNR），层厚度为0.8 nm（迄今为止HEA最薄的尺寸）。时间依赖的合成机制研究表明，HEA亚纳米带的形成是通过独特的方法实现的：
（1）通过不同金属前体与Ag纳米线模板之间的电交换反应进行不同的金属原子成核，
（2）纳米线模板上不同金属前体的共还原，
（3）去除Ag内核。
密度泛函理论（DFT）的计算表明，平均平方位移最大（MSD）的活性Ag和Pd有助于Ag NWs上HEA壳的结晶和稳定。作为催化概念的证明，在碱性电解质的ORR反应中，五元HEA-PtPdIrRuAg SNR在0.90 V vs RHE处表现出高质量活性， 4.28 A mg Pt -1 ，是商用Pt/C催化剂的 21.0 倍。
此外，六元HEA-PtPdIrRuAuAg亚纳米带在Li-O 2 电池中表现出非常好的性能，在0.50 A g -1 ，1000 mAh g -1 有限容量下，具有低过电位（ 0.49 V ）和出色的循环寿命（ 100个循环 ）。
作者进行了密度泛函理论（DFT）计算，通过分子动力学（MD）模拟和电子结构解释来了解HEA SNR的结构-性质相关性。MD模拟揭示了HEA亚纳米带形成的结构变化和原子排列，基于HEA亚纳米带中金属选择、组成和元素数量的平衡，电子结构显示了电活性和稳定性的火山趋势。
图文详情
图1. HEA-PtPdIrRuAg亚纳米带的形貌、组成和结构表征
图2. HEA亚纳米带合成的机理和通用性
图3. HEA形成的分子动力学模拟
图4. HEA-PtPdIrRuAg SNRs/C和工业Pt/C催化剂对ORR的电催化性能
图5. 锂氧电池的电化学性能
文献信息
A General Synthetic Method for High-Entropy Alloy Subnanometer Ribbons. J. Am. Chem. Soc. 2022.
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c03544
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