近日，東北大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院青年教師李逸興博士在高熵合金納米顆粒的制備與其應(yīng)用上取得重要進(jìn)展，相關(guān)研究成果以“High-Entropy-Alloy Nanoparticles with Enhanced Interband Transitions for Efficient Photothermal Conversion”為題發(fā)表在化學(xué)類頂級期刊Angewandte Chemie International Edition（Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 10.1002/anie.202112520）上。該研究利用直流電弧等離子體放電方法制備一系列過渡族金屬元素高度混溶的合金納米顆粒，通過水蒸發(fā)速率測定結(jié)合密度泛函理論計(jì)算驗(yàn)證，證實(shí)上述納米顆粒具有優(yōu)異的光熱轉(zhuǎn)換效率和應(yīng)用前景。

該工作的第一作者為東北大學(xué)材料學(xué)院青年教師李逸興博士與博士研究生廖怡君，李逸興于2020年7月于加入東北大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，目前已在Sci. Bull., Carbon, Nanoscale, J. Appl. Phys.等期刊發(fā)表論文20余篇。該工作的共同通訊作者為東北大學(xué)/杭州電子科技大學(xué)張雪峰教授和中國藥科大學(xué)徐波副教授。該工作得到了國家自然科學(xué)基金（U1908220），浙江省自然科學(xué)基金（LR18E010001, 2019C01121）和國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2019YFE0121700）的支持。

據(jù)悉，光熱轉(zhuǎn)換材料因其優(yōu)異太陽能轉(zhuǎn)換應(yīng)用效率，成為了應(yīng)對水污染問題及實(shí)現(xiàn)海水淡化的重要材料。傳統(tǒng)光熱轉(zhuǎn)換材料基于局域等離子激元特性進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了較為高效的光熱轉(zhuǎn)換，但是由于等離子激元振動頻率有限，難以賦予材料寬波段吸收性能，影響吸收效率。因此，寬頻、高效的光熱轉(zhuǎn)換材料亟待開發(fā)。

太陽能作為電磁波的一種，由于其波長較短，易與過渡族金屬d帶的帶間吸收產(chǎn)生相互作用。但是不同d帶元素具有的能帶結(jié)構(gòu)存在差異，僅憑單一元素的帶間吸收難以實(shí)現(xiàn)有效的光熱轉(zhuǎn)換性能。因此，為了獲得寬頻吸收的新型光熱轉(zhuǎn)換材料，需要對費(fèi)米能級周圍4 eV的能帶進(jìn)行填充，實(shí)現(xiàn)全太陽光波段的寬頻吸收特性。

高熵合金因其所具有的多元素均一混溶的特點(diǎn)成為匹配上述需求的完美材料。其中，塊體與微米尺度的高熵合金材料的制備已經(jīng)得到了廣泛深入的研究。但在納米尺度上，尤其在多于五種組元的高熵合金中，由于擴(kuò)散長度變短，材料內(nèi)部的相分離趨勢加劇，阻礙了材料的成功合成。

圖1 高熵合金納米顆粒TEM-EDS mapping圖像. (a) 制備方法示意圖，(b)-(f) 高熵合金納米顆粒TEM-EDS mapping圖像.

借助球磨輔助制備的微米級高熵合金作為前驅(qū)體，本工作使用直流電弧等離子體放電方法成功獲得了具有FCC單相結(jié)構(gòu)的高熵合金納米顆粒，其元素最大混合數(shù)量達(dá)到了7種且元素分布均勻。對于上述材料進(jìn)行的光熱轉(zhuǎn)換性能的測試表明，材料在250至2500 nm的光譜上表現(xiàn)出了96%的吸收特性，同時(shí)在1個(gè)模擬太陽光能量下，材料的水蒸發(fā)性能隨元素的增加同步增強(qiáng)，在7元納米顆粒中，材料的蒸發(fā)速率為2.26 kg m-2 h-1，轉(zhuǎn)化效率為98.4%，展現(xiàn)出了優(yōu)異的光熱轉(zhuǎn)換特性。

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