第一作者：邹肖肖
通讯作者：云南大学郭洪，河南师范大学职松松
论文链接：
https://doi.org/10.1002/adma.202412954
近年来，高熵合金（HEAs）在催化和储能方面越来越受到研究者的关注。了解每种元素因亲氧性而对合金性能的影响对于理解HEAs完整性质至关重要。然而，HEAs的含氧结构和稳定性来源尚未得到很好的理解，这主要是由于其成分种类繁多，造成合成和分析上的巨大困难。尤其是在电催化领域，大部分工作都是在研究HEAs的元素种类变化带来的活性位点的改变，以及其高熵的四大效应带来的优异性能，很少有工作关注到HEAs体系中氧的存在。因此，本工作以强亲氧元素来设计HEAs，对比减少亲氧元素的材料，证明了亲氧元素引入的同时在HEAs中引入间隙掺杂的O。因为O原子具有很强的得电子能力，它的引入可以作为电子缓冲剂，能够使得HEAs体系的电荷发生再分布，强化其周围各元素之间的连接，起到间隙固溶强化的效果。
在材料的制备过程中，氧无处不在，人们往往采用超高真空或保护气氛条件下避免材料的无效氧化来提高材料的性能。但是苛刻的制备条件往往很难达到完美的效果。并且像氧这种原子半径比较小的原子，很容易以间隙掺杂的方式进入晶格中，形成间隙固溶体。此外，由于制备好的材料在接触空气后容易表面吸附含氧官能团等，容易造成仪器检测分析的含氧误差，所以体系中少量的O掺杂很容易被忽视。并且有研究者发现当掺入HEAs原子分数为2.0%的O元素后，HEAs的拉伸强度和塑性都有明显的提高，这个发现使得人们对氧的间隙掺杂有了新的认识。
(1)
强亲氧元素引入的同时在
HEAs
中引入间隙掺杂的
O
。
(2) O原子作为电子缓冲剂来平衡高熵合金中各元素的电子密度，使得HEAs更加稳定。
(3) 间隙氧掺杂具有减少元素溶出迁移从而提高稳定性的能力。
图1. 高熵合金中间隙氧掺杂的作用机理图。
根据测试表征结果，说明了高熵合金纳米颗粒成功的合成，并根据测试结果发现了氧的存在现象以及与Cr元素的强烈伴随关系。
为了更深入地理解高熵合金纳米颗粒中各Cr元素和氧的关系，进行了同步辐射和理论计算的研究，从同步辐射实验和理论计算两方面的结果可知氧大概率存在于Cr元素的周围。
通过实验和理论计算进一步说明了间隙氧引入可以作为电子缓冲剂，能够使得HEAs体系的电荷发生再分布，强化其周围各元素之间的连接，起到间隙固溶强化的效果。
从理论计算中可以看出间隙氧掺杂具有减少元素溶出迁移从而提高稳定性的能力。并从实验上进一步说明了该材料的稳定性。
HEAs在催化和储能方面越来越受到研究者的关注，了解每种元素因亲氧性而对合金性能的影响对于理解HEAs完整性质至关重要。然而，HEAs的含氧的结构和稳定性来源尚未得到很好的理解，这主要是由于其成分种类繁多，造成合成和分析上的巨大困难。尤其是在电催化领域，大部分工作都是在研究HEAs的元素种类变化带来的活性位点的改变，以及其高熵的四大效应带来的优异性能，很少有工作关注到HEAs体系中氧的存在。因此该工作在理解间隙氧掺杂在高熵合金中的作用对其发展理解很有帮助。
X. Zou, X. Zhao, B. Pang, H. Ma, K. Zeng, S. Zhi, H. Guo,
Interstitial Oxygen Acts as Electronic Buffer Stabilizing High-Entropy Alloys
for Trifunctional Electrocatalysis. Adv. Mater. 2024, 2412954.
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202412954
郭洪教授
：云南大学教授，博士生导师，博士后合作导师，享受云南省政府津贴的专家学者，云南大学东陆学者，中国硅酸盐学会固态离子学分会理事（CSSI），国际能源与电化学科学研究院(IAOEES理事，国际电化学会（ISE）会员。主持973计划课题、国家自然科学基金、云南省重大科技专项、云南省及教育部重点项目等20余项省部级及以上课题。主要从事电化学储能及环境催化研究。以第一作者及通讯作者在PNAS.,
Energy Environ. Sci., Adv. Mater., Angew Chem. Int. Edit.,等学术期刊发表论文150余篇，引用超过7000次。申请及授权30余项中国发明专利。课题组常年招收二次电池关键技术及光、电催化方向师资（科研）博士后及优秀青年学者，
联系邮箱：[email protected]
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