Högentropilegerade nanopartiklar
Högentropilegerade nanopartiklar (HEA-NP) är nanopartiklar som har fem eller fler element legerade i en enfas fast lösningsstruktur . HEA-NP:er har ett brett utbud av sammansättningsbibliotek, distinkt legeringsblandningsstruktur och effekt på nanoskala , vilket ger dem enorm potential inom katalys, energi, miljö och biomedicinska tillämpningar.
Möjliggör syntes
HEA-NPs är en strukturell analog till bulk -högentropilegeringar (HEA), men syntetiserade i nanoskala. Bildandet av HEA kräver vanligtvis hög temperatur för blandning av flera element; hög temperatur verkar dock mot syntes av nanomaterial på grund av högtemperaturinducerad strukturaggregering och ytrekonstruktion.
Under 2018 syntetiserades HEA-NP först genom en karbotermisk chocksyntes . (Materialet och teknologin är patenterade.) Den karbotermiska chocken använder en snabb högtemperaturuppvärmning (t.ex. 2000 K, på 55 ms) för att möjliggöra icke-jämviktssyntes av HEA-NPs med enhetlig storlek och homogen blandning trots att de innehåller oblandbara kombinationer. Även om snabb härdning är önskvärd för att bibehålla det fasta lösningstillståndet, kan för hög kylningshastighet hindra strukturell ordning. Därför bör kylhastigheten väljas noggrant baserat på temperatur-tid-transformationsdiagrammet .
En annan guide som kan användas för syntesen är Ellingham-diagrammet . Element längst upp i diagrammet reduceras lätt och tenderar att bilda HEA-NPs, medan element längst ner i diagrammet tenderar att bilda högentropioxid- NP.
Senare introducerades också andra liknande icke-jämvikts-"chock"-metoder för att syntetisera HEA-NPs och andra typer av nanostrukturer med hög entropi. Nyligen har en lågtemperatursyntes genom samtidig multikatjonbyte (under 900 K) visats för högentropi metallsulfid-NP:er, som också kan appliceras på metallselenider, tellurider, fosfider och halogenider.
Strukturanalys
På grund av den slumpmässiga fördelningen av element i HEA-NPs, förutom konventionella karakteriseringsmetoder , behövs andra metoder med högre upplösning för deras strukturella analys. För att analysera den slumpmässiga blandningen av flera element atomelektrontomografi användas, vilket ger positionsprecision på 21 pm och identifiering av atomer genom perioder. Vidare röntgenabsorptionsspektroskopi ge information om lokala koordinationsmiljöer, medan utökad röntgenabsorptionsfinstruktur kan användas för att få koordinationstal och bindningsavstånd. I kombination med hårdröntgenfotoelektronspektroskopi eller röntgenabsorptionsnära struktur kan dessa analyser användas för att utforska struktur-egenskapsförhållanden i HEA-NP. Dessutom, på grund av det enorma antalet möjligheter för kompositioner och ytor (dvs. terrass, kant och hörn) som finns tillgängliga för HEA-NP:er, används också populärt simuleringar som beräkningar av densitetsfunktionsteori för deras analys.
Egenskaper och applikationer
HEA-NPs har ett stort sammansättningsbibliotek, vilket möjliggör avstämning i kemisk sammansättning, struktur och tillhörande egenskaper. I HEA-NPs kan samma typ av atomer ha olika lokala densitet av tillstånd eftersom deras närliggande atomsammansättningar kan vara olika. Sådana variationer i den lokala miljön leder till olika och avstämbara adsorptionsenerginivåer, vilket kan vara fördelaktigt för att uppfylla Sabatier-principen speciellt för komplexa reaktioner.
Dessutom, på grund av den höga entropistrukturen, visar HEA-NPs vanligtvis förbättrad strukturell stabilitet. En föreslagen mekanism för den förbättrade strukturella stabiliteten är genom att förhindra fasseparation på grund av gitterförvrängningar från element av olika storlek som fungerar som diffusionsbarriärer. Med ovanstående fördelar har HEA-NPs använts som högpresterande katalysatorer för både termokemiska och elektrokemiska reaktioner, såsom ammoniakoxidation, sönderdelning och vattenspjälkning. Tillvägagångssätt med hög genomströmning och datautvinning implementeras mot accelererad materialupptäckt i det flerdimensionella utrymmet av HEA-NP.