【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】7月11日，《科學(xué)·進(jìn)展》(Science Advances)在線刊發(fā)了國家脈沖強(qiáng)磁場科學(xué)中心于海濱教授團(tuán)隊(duì)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(jì)是材料科學(xué)的基礎(chǔ)。現(xiàn)有的材料成分設(shè)計(jì)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(gè)特定成分的樣品，具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、成分可控等優(yōu)點(diǎn)，適用于機(jī)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(shí)驗(yàn)中獲得多個(gè)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(shí)際場景。
 

　　在高熵合金電催化劑的設(shè)計(jì)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(tuán)隊(duì)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(shí)現(xiàn)了有效平衡：該方法不僅能夠在一次合成中獲得多個(gè)不同組成的高熵合金，顯著提升研究效率，同時(shí)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(shí)際應(yīng)用需求與基礎(chǔ)研究價(jià)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(gè)步驟。第一步是制備一個(gè)“粗猜”樣品，其成分設(shè)計(jì)并不要求精準(zhǔn)，所得樣品通常包含多個(gè)不同的相。這些樣品隨后在實(shí)際的反應(yīng)條件下進(jìn)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(dú)的目標(biāo)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(yàn)證了“批量成分優(yōu)化”方法在高熵合金的組成空間中實(shí)現(xiàn)快速篩選和性能提升的有效性。
 

　　基于該方法，團(tuán)隊(duì)成功在一個(gè)包含七個(gè)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(jìn)一步驗(yàn)證了該方法在高熵合金催化劑篩選中的有效性與實(shí)用性。
 

　　該“批量成分優(yōu)化”策略融合了高通量沉積與單次實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢，不僅實(shí)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(jì)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(shí)可行的研究途徑。