天津大学ACS Nano：高温液相冲击快速合成高熵合金，用于高效催化HER

随着人们对全球变暖、环境污染和能源危机的日益关注，可持续能源战略得到了有效探索。氢能作为传统化石燃料的替代品的发展势头越来越猛。其中，酸性水电解产氢因其高效、高选择性(高达99.995%)和无污染等特点而受到广泛关注。然而，在高电流密度(超过500 mA cm^-2或1000 mA cm^-2)下，迫切需要高效、稳定的电催化剂来改善水分解的缓慢动力学过程。然而，微/纳米催化剂的制备遇到了各种障碍，如表面张力高、颗粒团聚、活性和稳定性差、制备复杂、生产效率低、成本高和本征结构有限等，这进一步阻碍了酸性水电解技术的发展。

近日，天津大学陈亚楠和Liu Yanchang等通过高温液相冲击法(HTLS)合成超细高熵合金(HEA)纳米粒子。其中，PtCoNiRuIr HEA-NPs的平均粒径仅为3.24 nm，且均匀分散在炭黑载体上，表现出丰富的晶格应变。在典型的固态高温冲击法中，加热/冷却速率可以达到约10⁵ K s⁻¹，峰值温度为3000 K。虽然这些参数可以在一定程度上调整，但环境因素，如压力，气氛，封盖剂和还原剂仍然相对固定。相比之下，液相法提供了更多的可调参数，如封端剂、溶剂、分散剂等。

此外，液相环境的存在促进了更均匀的反应过程和更容易的形态和相控制的最终产物。重要的是，通过掺入液体介质，引入还原剂和封端剂来调节HEA-NPs的形貌，尺寸，尺寸和晶相；此外，焦耳热的利用有利于高温反应的维持，并使HEA-NPs的缺陷工程化成为可能。

基于以上优点，该策略能够制备出具有精细尺寸、独特的原子排列和缺陷的高效催化剂。这些催化剂表现出丰富的非配位位点和悬挂键，这将有助于它们获得优异性能。因此，所获得的PtCoNiRuIr HEA-NPs对析氢反应(HER)具有优异的活性和稳定性，在10 mA cm^-2和1 A cm^-2电流密度下的过电位分别仅为18和408 mV。

此外，这些HEA-NPs在0.5 M H₂SO₄中经过10000个CV循环后仍保持优异的活性，进一步突出了它们对HER的优越稳定性。总的来说，该项工作为进一步推进高通量合成相控、超细尺寸、富含缺陷和应变、避免聚集和相分离的HEA-NPs提供了新途径。

Rapid high-temperature liquid shock synthesis of high-entropy alloys for hydrogen evolution reaction. ACS Nano, 2024. DOI: 10.1021/acsnano.3c07703