近日，我校物理科学与技术学院刘敬祥教授团队与中国科学技术大学熊宇杰教授团队合作，在材料领域取得重大突破，他们创新性地利用激光辐照激发的等离激元效应，成功实现亚纳米级高熵合金的创制。该合成方法具有出色的普适性，能够制备出含有多达十种金属元素的亚纳米级高熵合金，其中由金、铂、钌、铑和铱组成的这类合金，在质子交换膜电解槽中表现出优异的电解水产氢稳定性。在2.12伏电压、2安培/平方厘米电流密度的条件下，可持续工作1200小时。相关研究成果以“Rapid synthesis of subnanoscale high-entropy alloys with ultrahigh durability” 为题，于10月15日发表在国际顶级期刊《自然-材料》（Nature Materials DOI: 10.1038/s41563-025-02358-9）。
高熵合金作为一类特殊合金，通常由五种及以上金属元素按5%至35%的比例构成，其多元元素组合赋予了晶格畸变效应、缓慢扩散效应和鸡尾酒效应等独特特性，进而具备优异的催化活性、耐腐蚀性、热稳定性与化学稳定性。近年来，颗粒尺寸低于2nm的亚纳米级高熵合金因能大幅提升贵金属利用率，成为研究热点。然而，传统合成方法存在加热与冷却速率慢（每分钟仅数十摄氏度）的瓶颈，易导致合金相分离形成异质结构，还会引发纳米颗粒团聚；即便近年开发的焦耳热、微波加热法突破了部分热力学极限，仍难以制备出亚纳米级高熵合金。该研究精准解决了上述难题。他们先将金纳米颗粒分散在含多种金属盐的溶液中，再用纳秒脉冲激光对其辐照，借助激光激发的金纳米颗粒等离激元效应，使颗粒表面温度快速升至2000℃以上，并以高于1010℃/s的速度冷却，最终批量获得平均尺寸仅1.8nm、各元素均匀分布的亚纳米级高熵合金纳米颗粒。该合金作为电解水催化剂时，酸性条件下的产氢、产氧活性及稳定性，均显著优于商业铂碳催化剂与二氧化钌催化剂。
该论文的共同通讯作者为天津工业大学刘敬祥教授和中国科学技术大学熊宇杰教授。该研究获得国家重点研发计划、国家自然科学基金项目等项目资助。
（审稿：物理科学与技术学院 廖帮全 成玲 编辑：党委宣传部 柳婷）
图片来源：物理科学与技术学院