Off-Equilibrium Hydrothermal Synthesis of High-Entropy Alloy Nanoparticles

化学 合金 热液循环 纳米颗粒 水热合成 熵(时间箭头) 化学工程 纳米技术 热力学 有机化学 物理 工程类 材料科学
作者
Zhixue Zhang,Peiping Yu,Zhaojun Liu,Kai Liu,Zerui Mu,Zhibin Wen,Junlin She,Yuke Bai,Qing Zhang,Tao Cheng,Chuanbo Gao
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:147 (11): 9640-9652 被引量:32
标识
DOI:10.1021/jacs.4c17756
摘要

High-entropy alloy (HEA) nanoparticles offer unique catalytic properties due to their complex surface coordination and widely tunable electronic structures. Conventional synthesis methods typically involve extreme thermal shock (∼1700 °C) to achieve metal coreduction and mixing. While wet-chemical approaches hold potential for controlling nanoparticle properties, they are hindered by disparities in metal reduction kinetics and a diminished influence of configurational entropy on metal mixing at low temperatures, leading to phase segregation and limited compositional tunability. In this work, we introduce a novel wet-chemical hydrothermal method that enables the synthesis of HEA nanoparticles with enhanced compositional homogeneity and precise property control at low temperatures (∼170 °C). This method utilizes in situ generation of active hydrogen (H) via organic dehydrogenation on nuclei/seed surfaces, creating localized off-equilibrium environments within the near-equilibrium wet-chemical system. These conditions mitigate the thermodynamic and kinetic limitations, enabling synchronized metal reduction, precise compositional tunability over a broad range, and improved alloy uniformity. As a proof of concept, we demonstrate the enhanced electrocatalytic methanol oxidation performance of PtCuNiCoFe HEA nanoparticles through surface composition design. This approach offers a robust platform for synthesizing HEA nanoparticles with tailored properties, expanding their catalytic applications.
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