摘要：在此，西北有色金属研究院操齐高/阚东晓课题组、南昌大学Wei Yi、昆明贵金属研究所陈家林、西安理工大学张国君、陕西科技大学郝晓东等人在Science Advances期刊上发表了题为“Precise synthesis of targeted noble m
贵金属基高熵合金（NM-HEAs）因其多元组分和复杂表面结构成为极具前景的催化材料，但其形成机制解析与原子级精确调控仍存在挑战。
成果简介在此，西北有色金属研究院操齐高/阚东晓课题组、南昌大学Wei Yi、昆明贵金属研究所陈家林、西安理工大学张国君、陕西科技大学郝晓东等人在Science Advances期刊上发表了题为“Precise synthesis of targeted noble metal–based high-entropy alloy nanomaterials”的最新论文。
本研究团队开发了一种经济高效的合成策略——通过喷雾干燥结合热分解还原法，成功制备了从五元到八元体系的HEA三维纳米框架结构（HEA-3DNFs），涵盖Pt基、Ir基、Ru基及PtRu基等多种贵金属高熵合金。
在氢气氛围温和加热条件下，多元素实现同步还原并形成单相固溶体合金。其中PtNiCoCuRuIr HEA-3DNF在甲醇氧化反应中表现出卓越性能（2637毫安/毫克铂），活性达到商业铂黑的15倍。
机理研究表明，贵金属（Pt、Ru和Ir）能显著降低过渡金属（Ni、Co、Cu和Fe）的还原活化能。通过原位扫描透射电镜观测与密度泛函理论计算，作者首次揭示了材料从Pt基面心立方结构向Ru基六方密堆积结构的相变过程，并证明通过调控还原温度与铂钌比例可实现相组成的精确控制。这些发现为开发高性能、可调控的贵金属高熵合金催化剂提供了重要指导。
（1）实验首次采用喷雾干燥结合热分解还原法（SD-TDR），实现了从五元到八元体系的贵金属基高熵合金（NM-HEA）三维纳米框架（3DNFs）的普适性合成，包括PtNiCoCuRu、PtNiCoCuRuIr、PtNiCoCuRuIrPd等多元组分，并揭示了贵金属（Pt、Ru、Ir等）在促进单相固溶体形成中的关键作用。
（2）实验通过调控还原温度与Pt/Ru比例，发现NM-HEA-3DNFs的晶体结构可在面心立方（fcc）和六方密堆积（hcp）之间可控转变，并借助原位STEM和DFT计算阐明了相变机制，为高熵合金的晶体结构精准调控提供了新策略。
（3）实验证明，PtNiCoCuRuIr HEA-3DNF在甲醇氧化反应（MOR）中表现出超高质量活性（2637 mA mg⁻¹ Pt），是商业Pt黑的15倍，展现了NM-HEAs在电催化领域的巨大潜力。
（4）实验结合动力学分析与理论计算，揭示了贵金属（如Pt、Ru、Ir）可显著降低过渡金属（Ni、Co、Cu、Fe）的还原活化能，从而促进多元素均匀合金化，为NM-HEAs的可控合成提供了理论指导。
（5）研究提出，通过优化合成条件（如温度、组分比例），可在单一纳米结构中实现fcc与hcp双相结构的精准调控，为设计高性能、可定制的高熵合金催化剂奠定了基础。
图文解读图1. Pt基高熵合金三维纳米骨架（HEA-3DNF）的合成工艺示意图及其微观结构特性
图2. 贵金属基高熵合金三维纳米骨架（NM-HEA-3DNF）的微观结构分析。
图3. NM-HEA-3DNF的电催化性能及其形成机制。
图4：锁定NM-HEA-3DNF中单相固溶体的关键元素及形成机制。
图5：PtNiCoCuRu高熵合金中相组成的精确设计。
图6. 从Pt基HEA（面心立方，fcc）到Ru基HEA（六方密排，hcp）相变机制。
图7. 实现PtNiCoCuRu HEA-3DNF中目标相结构的策略构建。
结论展望本研究开发了一种简便、经济且普适的合成方法（SD-TDR法），成功制备了具有三维纳米框架结构（3DNF）的贵金属基高熵合金（NM-HEA）纳米材料。该方法在温和的合成条件下（升温速率3°C/min、热分解温度300°C、降温速率5-10°C/min），成功制备了涵盖Pt基、Ir基、Ru基及PtRu基等多种贵金属-过渡金属（Pt、Ru、Ir、Pd、Fe、Cu、Ni和Co）组合的HEA-3DNFs材料体系。其中，PtNiCoCuRuIr HEA-3DNF展现出卓越的甲醇氧化反应（MOR）性能，其质量活性达到2637 mA/mgPt（相当于1054.23 mA/mgPtIrRu），分别是商业铂黑（170 mA/mgPt）的15倍和6倍。
通过系统研究，作者揭示了贵金属（Pt、Ru和Ir）在促进Ni、Co、Cu和Fe还原过程中的关键作用：其表面产生的高活性氢原子可推动单相固溶体合金的形成。这一发现阐明了贵金属在HEA-3DNF形成过程中的核心机制，为理解多元素相互作用提供了重要依据。进一步通过原位STEM实验和DFT计算，作者深入探究了HEA-3DNF中晶体结构（fcc与hcp）的精确调控机制。研究发现PtNiCoCuRu HEA中存在从Pt基面心立方（fcc）结构向Ru基六方密堆积（hcp）结构的相变过程，并通过设计二次加热策略激活原子、克服能垒来实现相转变。通过调控还原温度及Pt/Ru原子比例，首次实现了单个HEA纳米颗粒中fcc与hcp相含量的精准控制。
该研究不仅建立了对NM-HEA形成机制的基础认知，更提供了原子级晶体结构调控的可靠方法。这些发现将有力推动NM-HEA纳米材料在催化领域的应用发展，为高效、定向的材料设计开辟了新途径。
文献信息Panchao Zhao et al. ,Precise synthesis of targeted noble metal–based high-entropy alloy nanomaterials.Sci. Adv.11,eadq8537(2025).DOI:10.1126/sciadv.adq8537
来源：MS杨站长