一、 【導讀】

高熵合金（HEA）由于其組分可調性和在催化方面的應用而引起了關注。大的比表面積，豐富的活性位點附著區域以及高密度是超薄二維結構的特點。然而，由于高熵合金固有的熱力學不穩定性，將 HEA 精準地塑造成超薄的低維納米結構實現多種應用仍然是一個巨大的挑戰。本文作者利用一種低溫合成方法合成出了超薄n HEA 亞納米薄帶，并用實驗證明了他們合成的 n HEA亞納米薄帶是世界上最薄的金屬材料。

二、【成果掠影】

近日，香港理工大學黃渤龍教授聯合北京大學郭少軍教授為通訊作者在權威期刊JACS發表了一篇名為：A General Synthetic Method for High-Entropy Alloy Subnanometer Ribbons的論文，介紹了超薄高熵合金的制備方法，并對其機理進行了表征。實現了組分可控的超薄多元高熵合金的制備，在電催化氧還原以及作為鋰-氧電池的正極方面表現出了優異的性能。

三、【核心創新點】

(1)將多達八種金屬元素結合到同一個單相亞納米帶中，實現了世界上最薄的 HEA 金屬材料。

(2) 合成過程中能夠靈活控制 HEA SNR 中的組分和濃度，從而實現 HEA SNR在催化燃料電池的氧還原反應方面和在 Li-O2 電池的放電容量、充電過電位和耐久性等方面具有卓越表現。

四、【數據概覽】

圖一：HEA-PtPdIrRuAg SNR 的形態、組成和結構表征。(a) HEA-PtPdIrRuAg SNR 的低倍率 TEM 圖像和 (b) HAADFSTEM 圖像；(c)典型的 五元金屬HEA-PtPdIrRuAg SNR 的高倍率 TEM 圖像；(d) HEA-PtPdIrRuAg SNR 的 AFM 圖像和 (e) 相應的高度剖面；(f) HEA-PtPdIrRuAg SNR 的 PXRD 圖；(g) HEA-PtPdIrRuAg SNR 的一段的 HAADF-STEM 圖像和 EDS 元素映射圖像，Pt（藍色）、Pd（紅色）、Ag（洋紅色）、Ir（橙色）和 Ru（綠色）信號；(h) 一個 HEA-PtPdIrRuAg SNR 上表面原子排列的高分辨率 HAADF-STEM 圖像和來自 (h) 中虛線白色區域的相應 FFT 圖案 (h1-h4)；(i) 取自 (h) 中的白色實心矩形的 HEA 相的集成像素強度。

圖二：合成 HEA SNR 的機制和通用性。(a) HEA SNR 合成中模擬的電流交換、共還原和去合金化途徑的示意圖；(b) 六元金屬HEA-PtPdIrRuAuAg SNR 的 HAADF-STEM 圖像，EDS 元素映射圖像和高分辨率 HAADF-STEM 圖像，對應的 FFT 圖像取自 (b) 中的白色虛線區域，放大的HAADF-STEM原子分辨率是從（b）中的紅色虛線正方形拍攝的圖像；(c) 七元金屬 HEA-PtPdIrRuAuRhAg SNR 的 HAADF-STEM 圖像，EDS 元素映射圖像和高分辨率 HAADF-STEM 圖像，其中相應的 FFT 圖像取自 (c) 中的白色虛線正方形；(d) 八元金屬的 HEA-PtPdIrRuAuRhOsAg SNR 的 HAADF-STEM 圖像，EDS 元素映射圖像和高分辨率 HAADF-STEM 圖像，其中相應的 FFT 圖像取自 (d) 中的白色虛線正方形；(e) 獲得的六元金屬、七元金屬和八元金屬HEA SNR 的 PXRD 圖像。

圖三：HEA形成的MD模擬。(a) PtPdIrRuAg、(b) PtPdIrRuAuAg、(c) PtPdIrRuAuRhAg 和 (d) PtPdIrRuAuRhOsAg 的XRD 演變；(e) PtPdIrRuAg、 (f) PtPdIrRuAuAg、 (g) PtPdIrRuAuRhAg 和 (h) PtPdIrRuAuRhOsAg 的 MSD 結果；(i) 不同 HEA 中的鍵長分布；(j) Pt、Pd 和 Ag 原子比與 RDF 結果獲得的結晶水平之間的相關性；(k) Ir 和 Ru 原子比與 RDF 結果獲得的結晶水平之間的相關性；(l) 來自三個不同方向 (100)、(010) 和 (001) 的不同 HEA 的相對濃度。

圖四：HEA-PtPdIrRuAg SNRs/C 和商業 Pt/C 催化劑用于 ORR 的電催化性能。(a) ORR 極化曲線是在室溫下在 O2 飽和的 0.1 M KOH 水溶液中以 20 mV s-1 的掃描速率和 1600 rpm 的轉速記錄的；(b) 不同催化劑在 0.9 V (vs RHE )的質量活性柱狀圖（分別用 Pt 和 PGM 歸一化）；(c) 在 0.6 和 1.1 V 之間 10 000 和 30 000 次電位循環前后催化劑的 ORR 極化曲線和 (d) 歸一化質量活性變化。

圖五: Li-O2 電池的性能。(a) HEA-PtPdIrRuAuAg SNR 在 0.10 A g-1 下的完全放電-充電曲線；(b) HEA-PtPdIrRuAuAg SNR 的放電-充電曲線，容量在 0.10 A g-1 時限制為 1000 mA h g-1；(c) HEA-PtPdIrRuAuAg SNR 的速率性能；(d) Pt 正極的 Li-O2 電池在 0.05 mV s-1 時從 2.00 到 4.00 V的 CV 曲線；(e) HEA-PtPdIrRuAuAg SNR 在 0.50 A g-1 下的循環穩定性，容量限制為 1000 mAh g-1。

圖六：HEA的電子結構和反應能變化。(a) PtPdIrRuAg、 (b) PtPdIrRuAuAg、 (c) PtPdIrRuAuRhAg 和 (d) PtPdIrRuAuRhOsAg 的 EF附近電子分布的3D等值線圖；Pt（深藍色球）、Pd（紫色球）、Ir（橙色球）、Ru（青色球）、Rh（粉紅色球）、Au（黃色球）、Os（綠色球）和Ag（淺藍色球）；藍色等值面表示成鍵軌道，綠色等值面表示費米能級附近的反鍵軌道；(e) PtPdIrRuAg、 (f) PtPdIrRuAuAg、 (g) PtPdIrRuAuRhAg和 (h) PtPdIrRuAuRhOsAg 的 PDOS；(i) PtPdIrRuAg、 (j) PtPdIrRuAuAg、(k) PtPdIrRuAuRhAg 和 (l) PtPdIrRuAuRhOsAg 中金屬對的 PDOS 演變；(m) 不同 HEA 中原子對的可能性。顏色條表示不同金屬之間鍵合的可能性，范圍為0到1；（n）五元金屬PtPdIrRuAg SNR的ORR性能；(o) 六元金屬 PtPdIrRuAuAg SNR 的 Li-O2 電池性能。

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