萨凡纳·米切姆，阿尔贡国家实验室 用于研究高熵合金纳米粒子(HEA纳米粒子)氧化的装置示意图
插图显示了室温和高温氧化过程中的HEA NP结构
学分:伊利诺伊大学芝加哥分校
一种新兴的合金纳米粒子比单一元素的纳米粒子更稳定、更耐用
催化剂是现代社会无数方面的组成部分
通过加速重要的化学反应，催化剂支持工业生产并减少有害排放
它们还能提高化学过程的效率，应用范围从电池和运输到啤酒和洗衣液
尽管催化剂意义重大，但它们的工作方式对科学家来说往往是个谜
了解催化过程可以帮助科学家开发更高效、更经济的催化剂
在最近的一项研究中，伊利诺伊大学(UIC)和美国芝加哥大学的科学家
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能源部阿贡国家实验室发现，在一个经常快速降解催化材料的化学反应过程中，某种类型的催化剂表现出异常高的稳定性和耐久性
本研究中的催化剂是合金纳米粒子，或由多种金属元素组成的纳米粒子，如钴、镍、铜和铂
这些纳米粒子可以有多种实际应用，包括在燃料电池中分解水产生氢气；通过捕获二氧化碳并将其转化为有用的物质(如甲醇)来减少二氧化碳；生物传感器中检测体内物质的更有效反应；太阳能电池更有效地产生热量、电能和燃料
高熵合金纳米粒子氧化过程中不同分子运动的图解
学分:伊利诺伊大学芝加哥分校
在这项研究中，科学家们研究了“高熵”(高度稳定)的合金纳米粒子
由UIC的雷扎·沙赫巴赞-亚萨尔领导的研究小组利用阿贡纳米材料中心(CNM)，一个美国能源部科学办公室的用户设施，来表征氧化过程中粒子的组成，氧化过程会降解材料并降低其在催化反应中的效用
“利用CNM的气流透射电子显微镜，我们可以实时、高分辨率地捕捉整个氧化过程，”来自UIC的科学家宋怀山说，他是这项研究的首席科学家
“我们发现高熵合金纳米粒子比普通金属粒子更能抗氧化
" 为了进行透射电子显微镜，科学家们将纳米粒子嵌入氮化硅膜中，让不同类型的气体通过粒子上方的通道流动
一束电子束探测了粒子和气体之间的反应，揭示了在这个过程中某些金属——铁、钴、镍和铜——向粒子表面的低氧化率和迁移
“我们的目标是了解高熵材料与氧气反应的速度有多快，以及纳米粒子的化学性质在这样的反应过程中是如何演变的，”工程学院机械和工业工程UIC教授沙赫巴赞-亚萨尔说
在阿尔贡的CNM进行的透射电子显微镜视频显示，高熵纳米粒子在400℃的空气中氧化，速度加快了四倍
氧化过程通过视频中纳米颗粒边缘的溶解来描述
学分:伊利诺伊大学
根据沙巴赞-亚萨尔的说法，这项研究中的发现可能有益于许多能量储存和转换技术，如燃料电池、锂空气电池、超级电容器和催化剂材料
纳米粒子还可以用来开发耐腐蚀和耐高温的材料
“这是一个成功的展示，展示了的能力和服务如何满足我们合作者的需求，”阿贡的科学家刘说
“我们有最先进的设备，我们也想提供最先进的科学
"
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