【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】7月11日，《科學(xué)·進展》(Science Advances)在線刊發(fā)了國家脈沖強磁場科學(xué)中心于海濱教授團隊題為“Discovering High-Entropy Electrocatalysts through a Batch-Alloy Targeting Approach”的研究論文。我校為論文第一完成單位，于海濱教授為論文通訊作者，中心2021級博士生趙慧峰為論文第一作者，湖北大學(xué)彭旭副教授、我校材料學(xué)院劉鑫旺教授、深圳理工大學(xué)彭晶副研究員等參與相關(guān)工作。
成分設(shè)計是材料科學(xué)的基礎(chǔ)。現(xiàn)有的材料成分設(shè)計主要有兩種方式：一種是傳統(tǒng)的單次制備法，該方法每次僅合成一個特定成分的樣品，具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、成分可控等優(yōu)點，適用于機理研究，但制備效率較低；另一種是以磁控濺射為代表的高通量制備法，能夠在一次實驗中獲得多個不同組成的樣品，提升了搜索效率，但制備出的樣品多為非穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)，難以重復(fù)合成或應(yīng)用于實際場景。
在高熵合金電催化劑的設(shè)計研究中，由于其龐大而復(fù)雜的成分空間，這種“效率與穩(wěn)定性難以兼得”的矛盾尤為突出。為了解決這一關(guān)鍵問題，于海濱團隊提出了一種“批量成分優(yōu)化”策略，在合成效率與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性之間實現(xiàn)了有效平衡：該方法不僅能夠在一次合成中獲得多個不同組成的高熵合金，顯著提升研究效率，同時確保所得樣品具有穩(wěn)定結(jié)構(gòu)和良好的可重復(fù)制備性，從而兼顧實際應(yīng)用需求與基礎(chǔ)研究價值。
具體而言，該策略借鑒了“自然融合”與“表面重構(gòu)”的概念，分為兩個步驟。第一步是制備一個“粗猜”樣品，其成分設(shè)計并不要求精準，所得樣品通常包含多個不同的相。這些樣品隨后在實際的反應(yīng)條件下進行測試，通過比較不同相的重構(gòu)程度，篩選出表現(xiàn)最顯著重構(gòu)的相，并確定其精確成分，初步篩選出具有潛在高活性的候選組分。第二步則依據(jù)篩選出的候選成分，制備單獨的目標樣品。結(jié)果表明，該樣品與“粗猜”樣品中活性相的結(jié)構(gòu)和相組成一致，且展現(xiàn)出優(yōu)異的電催化性能，驗證了“批量成分優(yōu)化”方法在高熵合金的組成空間中實現(xiàn)快速篩選和性能提升的有效性。
基于該方法，團隊成功在一個包含七個相的多相高熵合金體系中識別出催化性能最優(yōu)異的納米相分離結(jié)構(gòu)。該相在10 mA cm-2電流密度下展現(xiàn)出低至199 mV的過電位，并具有優(yōu)異的穩(wěn)定性，進一步驗證了該方法在高熵合金催化劑篩選中的有效性與實用性。
該“批量成分優(yōu)化”策略融合了高通量沉積與單次實驗的優(yōu)勢，不僅實現(xiàn)了材料組成的多樣性與相結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，還顯著縮小了高熵合金的組成探索空間，提升了催化劑的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與電催化活性，提供了一條快速、系統(tǒng)的設(shè)計路徑。更重要的是，該方法具有良好的通用性，可拓展至其他電化學(xué)反應(yīng)體系，為高性能高熵合金電催化材料的發(fā)現(xiàn)與優(yōu)化開辟了切實可行的研究途徑。
所有評論僅代表網(wǎng)友意見，與本站立場無關(guān)。