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中国科研突破:激光合成亚纳米级高熵合金 推动电解水产氢革命

时间:2025-10-19 20:04:42 来源:中国新闻网 作者:李岩

  【中新网合肥10月19日电】(记者 吴兰)安徽师范大学19日发布消息,该校校长熊宇杰教授领衔的科研团队通过激光辐照技术,首次实现亚纳米级高熵合金的规模化制备。该突破性成果为新能源领域电解水制氢提供了高效催化剂材料,相关研究论文已发表于国际顶级学术期刊《自然·材料》(Nature Materials)。

  突破传统:激光技术实现多金属均匀融合

  高熵合金作为由五种及以上金属元素组成的新型材料,因其独特的结构均匀性和性能协同效应,在催化、储能等领域备受关注。然而,传统合成方法需在高温环境下进行,且对元素种类存在严格限制,导致合金颗粒尺寸普遍偏大,难以满足精密工业需求。

激光诱导等离子激元效应制备亚纳米级高熵合金
图:激光诱导等离子激元效应制备亚纳米级高熵合金(安徽师范大学供图)

  熊宇杰教授团队创新性地采用纳秒脉冲激光辐照技术,在常温条件下实现多种金属的均匀混合。该技术通过极短时间内(纳秒级)将颗粒表面温度提升至2000℃以上,随后以每秒超十亿度的速度急速冷却,形成亚纳米级(<2nm)高熵合金颗粒。"这种快热快冷的过程,就像给不同性格的人创造了一个高效协作的环境,让每种金属都能发挥最大优势。"熊宇杰比喻道。

  应用前景:新能源领域的催化剂革命

  研究显示,由金、铂、钌、铑、铱五种贵金属组成的亚纳米高熵合金,作为电解水催化剂时,产氢效率较传统材料提升3倍以上,且在连续运行1000小时后仍保持95%以上的活性。"每种金属元素如同团队成员,在催化反应中承担不同角色,通过协同作用实现1+1>2的效果。"团队成员解释称。

  该合成方法的突破性在于:

  • 普适性强:可兼容十种以上金属元素
  • 尺寸可控:实现亚纳米级颗粒制备
  • 条件温和:无需高温高压环境
这些特性为高熵合金在燃料电池、二氧化碳还原等领域的规模化应用扫除了技术障碍。

  产业影响:或重构清洁能源技术格局

  据行业专家分析,当前全球电解水制氢成本中,催化剂材料占比超过40%。新型亚纳米高熵合金的商业化应用,有望将制氢成本降低至2美元/公斤以下,推动绿氢经济加速发展。目前,团队已与多家新能源企业展开合作,推进技术从实验室到产业化的转化。

  这项研究得到国家自然科学基金重点项目支持,标志着我国在先进金属材料领域达到国际领先水平。随着技术的持续优化,高熵合金或将成为下一代新能源技术的核心材料。(完)