研究實現常溫下合成亞納米級高熵合金

近日，記者從安徽師范大學獲悉，該校校長、教授熊宇杰在中國科學技術大學和安徽師范大學的聯合團隊利用激光輻照所激發的等離激元光熱效應和熱電子效應，實現了亞納米級高熵合金的創制，該方法具有廣泛的普適性，可制備含有多達十種金屬元素的亞納米級高熵合金。相關成果發表于《自然-材料》。

激光誘導等離子激元效應制備亞納米級高熵合金。安徽師范大學供圖

將5種甚至更多不同種類的金屬“融合”成一種結構均勻的新型合金——也就是“高熵合金”，一直以來都是極具挑戰的科學難題。如果還要把它們做到亞納米級別，尺寸極小，難度就更大。熊宇杰打了個比方：“就像要把5個以上性格、喜好各不相同的人聚在一起，還要和睦相處，顯然需要花費大力氣。”現實中，不同金屬之間也常常“合不來”，因此傳統的高熵合金合成通常需要在高溫下進行，對元素種類也有限制，合成的合金尺寸也偏大。

熊宇杰團隊創新性地使用了激光輻照技術，在溫和條件下實現了多種金屬的均勻混合，并成功制備出亞納米級別的高熵合金顆粒。納秒脈沖激光可以在極短時間內將顆粒表面溫度迅速提升至2000攝氏度以上，再以每秒超過10億度的速度迅速冷卻。這一快熱快冷的過程，突破了傳統合成方法的限制，不僅讓不同金屬元素均勻分散并合金化，還可以實現顆粒尺寸的微小化。

高熵合金在多個領域，尤其是新能源方面，展現出廣闊的應用前景，是一種極具潛力的催化劑材料。熊宇杰說：“高熵合金就像一個團隊，每種金屬元素就像團隊中的成員，各有所長。在執行任務時，每個人做自己最擅長的事；而且在一起還可以做各自做不了的事，整個團隊的效率自然大大提高。”

研究團隊制備的由金、鉑、釕、銠、銥5種金屬組成的亞納米高熵合金，正是作為電解水催化劑，表現出優異的產氫、產氧活性和穩定性。在質子交換膜電解槽中，其性能明顯優于目前商用的鉑碳催化劑和二氧化釕催化劑。

研究人員介紹，這種新型激光合成方法大大拓寬了高熵合金的材料選擇范圍，有望推動其在更多關鍵領域的實際應用。

相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41563-025-02358-9