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胡良兵Science封面:集齐八种金属的纳米合金,高熵值,高智商!

2018年03月30日 11:18  点击:[]


合金纳米颗粒将不同的金属元素集成到一个纳米颗粒体系,神秘的协同作用使得合金纳米材料在催化、储能、生物医药等诸多领域备受关注。

2016年,美国西北大学Chad Mirkin课题组基于沾笔光刻技术(dip-pen lithography),以AFM的针尖作为翎笔,将其浸入 Au、Ag、Cu、Co、Ni 五种元素金属离子的高分子墨水中。利用高分子纳米反应器,系统制备了由Au、Ag、Cu、Co、Ni五种元素排列组合形成的31种全系列纳米合金样品库,为合金纳米颗粒的控制制备带来了新的希望。

1. 纳米合金样品库

Peng-Cheng Chen, Xiaolong Liu, Chad A. Mirkin et al. Polyelemental nanoparticle libraries. Science 2016, 352, 1565-1569.

然而,现有大部分多元素合金纳米颗粒制备方法,要么不能实现多组分精确控制,要么不具有可放大性或普适性。因此,开发更加具有现实意义的多元素纳米合金,是开发新材料,探索新功能的重点议题。

有鉴于此,美国马里兰大学胡良兵课题组、伊利诺伊大学芝加哥分校Reza Shahbazian-Yassar课题组、麻省理工学院 Ju Li课题组、以及约翰·霍普金斯大学Chao Wang课题组通力合作,发展了一种基于碳热震荡(Carbothermal shock)的合成方法,实现了集成8种元素的高熵值、单相合金纳米颗粒在形貌、尺寸、组成的控制合成。

2. 高熵值多金属纳米合金

研究人员将金属前驱体分散在碳纳米纤维表面,然后通过高温还原,还原条件为:2000K(升温速率约105K/s, 持续时间约5 ms)。

3. 碳纳米纤维负载的八种金属合金纳米颗粒

4. 元素分析

5. 纳米颗粒分散机理

6. 动力学控制

为了验证这种多元素纳米合金材料的实用性。研究人员利用控制合成的PtPdRhRuCe合金纳米颗粒进行氨氧化催化。结果表明,转化率达到100%,选择性为99%以上。

7. 氨氧化催化活性

总之,这样研究为多元素合金纳米颗粒的控制制备提供了全新的思路,为合金纳米颗粒在催化等诸多领域的应用奠定了良好的基础。 

Yonggang Yao, Zhennan Huang, Pengfei Xie, Steven D. Lacey,, Liangbing Hu, Reza Shahbazian-Yassar, Ju Li, Chao Wang et al. Carbothermal shock synthesis of high-entropy-alloy nanoparticles. Science 2018, 359, 1489-1494.

 

来源:纳米人微信号


 


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