将多个不混溶元素可控制地掺入单个纳米颗粒中具有无数的科学和技术潜力，但是使用常规合成技术仍然是一个挑战。我们提出了一种通过热冲击负载在碳载体上的前体金属盐混合物，将多达8种不同元素合金化成单相固溶纳米颗粒（称为高熵合金纳米颗粒（HEA-NPs））的一般方法。 2000开尔文（K），持续时间55毫秒，每秒〜105K的速度]。通过控制碳热冲击（CTS）参数（基板，温度，冲击持续时间和加热/冷却速率），我们合成了具有所需化学性质（组成），尺寸和相（固溶体，相分离）的多种多组分纳米颗粒）。为了证明其实用性，我们合成了作为氨氧化催化剂的五元HEA-NPs，在长时间操作下，其转化率约为100％，氮氧化物的选择性大于99％。 多元金属纳米颗粒（MMNP）在广泛的应用中受到关注，包括催化（1-7），能量存储（8）和生物/等离子体成像（8，9）。将多种金属元素合金化成单独的纳米级产品，有望提供可能超过单元素（或一元）纳米颗粒的材料特性（2、5、6）。制备MMNP的当前和主要方法是通过湿化学合成获得的，其中可以获得各种粒径，形状和相（3、4、7、10）。然而，大多数通过湿化学方法的研究报告合金成分不超过三种元素，这限制了成分空间。另外，更多的
针对特定地点的合成技术，包括基于印刷和光刻的方法（1、11、12），已将组成空间移向了四级甚至五级纳米结构。然而，随后的还原程序倾向于将结构复杂性限制为相分离的MMNP，特别是对于不混溶的元素组合而言（1,12,13）。就散装材料的合成而言，熔融加工工程仿真是一种可扩展的方法，已导致产生由五种或更多元素固溶体组成的高熵合金（HEA）（均匀混合），已显示出作为结构材料的巨大潜力（14 –18）。 迄今为止，由于难以混合具有非常不同的化学和物理特性以及冷却速率限制的元素，因此仅获得了有限的HEA系列。此外，特别是通过常规合金化方法，将HEA尺寸减小至纳米级是艰巨的任务。因此，开发一种可以精确控制元素组成，粒度和相的合成方法的方法，可以带来具有前所未有功能的合金和纳米结构的新组合。
我们开发了一种简便的两步式碳热冲击（CTS）方法，该方法在氧化后的金属前体中使用了闪速加热和冷却（温度约2000 K，冲击持续时间约55 ms，斜率约为105K / s）碳载体来生产具有多达八种不同金属元素的高熵合金纳米颗粒（HEA-NPs）（表S1）。通过CTS合成的MMNP尽管分布在传统上引起颗粒粗化的高温下，但其粒度分布较窄且均匀地分散在碳载体上。高温与液态金属的催化活性共同推动了粒子的快速“裂变”和“融合”事件，从而导致多种元素的均匀混合。随后，快速的冷却速度有助于对热力学混合过程进行动力学控制，
电力网桥并能够形成结晶固溶体纳米颗粒，类似于马氏体钢和金属玻璃也被捕集（19，20）。通过调整输入电脉冲参数，我们还可以通过降低冷却速率来产生相分离的纳米颗粒。这种CTS技术为合成合金和纳米晶体开辟了广阔的空间，具有广阔的应用前景。
结果
虹吸式屋面雨水排水系统我们用来合成均匀分散的固溶纳米颗粒（最多8个元素）的CTS方法需要两个步骤（21）。首先，我们将金属盐前体MClxHy（M为Pt，Pd，Ni，Fe，Co，Au，Cu或Sn等）混合到溶液中，并加载到导电碳载体上，例如碳纳米纤维（CNF）。除非另有说明，否则在1073 K下碳化的CNF（CNF-1073K，在下文中表示为CNF）是本工作中使用的基材。干燥后，我们将充满前驱物的样品在充满氩气的手套箱中暴露于快速热冲击（55毫秒），这导致在碳表面上形成高浓度的纳米颗粒（例如PtNi）（图1A和图1B）。图S1至S4）。
我们施加的电脉冲控制着热暴露条件（图1B），共同温度约为2000 K，用高温计测得的加热/冷却速率高达〜汽车轮胎模具105 K / s（图S5至S7）。我们使用扫描透射电子显微镜（STEM）元素图病历夹未发现PtNi
纳米粒子的明显元素分离或相分离（图1C和图S4）。高角度环形暗场（HAADF）图像和原子图也证明了均匀的原子尺度混合和面心立方（fcc）晶体结构的形成（图1C）。我们的一般方法扩展到更复杂的HEA-NP。例如，我们很容易制造出由8种不同元素（Pt，Pd，Ni，Co，Fe，Au，Cu和Sn）组成的HEA-NP。这些要素具有一定范围的原子半径（1.24至1.44Å），还原电势（相对于标准氢电极为–0.25至1.5 V），优选的晶体结构（fcc，体心立方，六方密堆积或四方）和熔化通常防止固溶体形成的温度（500至2000 K）（图1D和表S2）。
MMNPs以前已经使用常规的还原程序（1、3）合成。但是，这些合成方法往往会在不混溶的元素之间产生相分离的异质结构，从而大大降低了混合的构型熵（图S8）。 CTS过程导致固溶体MMNP（即HEA-NP），其中任意金属元素被完全混合以最大程度地提高混合熵（DSmix）（图2A）。
我们通过合成一系列多元素纳米颗粒证明了其多功能性，并通过s T E M，t s m i s i o n E M（T E M），s c a n n i g g EM（SEM）和能量散X射线光谱法（EDS）对它们进行了表征。我们合成了具有组成均匀性的一元（Pt，Au和Fe），二元（PtNi，AuCu和FeNi）和三元（PtPdNi，AuCuSn和FeCoNi）纳米颗粒（图2B）。纳米粒子还具有尺寸均一性，其直径≥5 n m（f i
g。S 9），而与元素组成无关。通过向前体溶液中添加其他金属盐，我们合成了五元（PtPdCoNiFeCuAuSn），八元（PtPdCoNiFeCuAu），辛基（PtPdCoNiFeCuAuSn）和辛基（PtPdCoNiFeCuAuSn）HEA-NPs，它们是固溶碳并均匀分布在整个碳上图2，C和D，以及图S10至S16）。此外，HEA-NP在fcc晶体结构中具有纳米级尺寸（图2D以及图S17和S18）。
通过相同的55毫秒热冲击方案，HEA-NP表现出固溶混合（图S19和S21）。我们通过STEM（图S22至S26），X射线衍射（XRD）（图S27至S29）和X射线光电子证实了结构统一性（n op具有分离性）和可分辨的电子含量。光谱（XPS）（图S30至S36）。对不同样品区域进行的统计研究证实了合成纳米颗粒之间的组成均匀性（图S37至S43）。例如，我们的五元HEANPs（PtPdCoNiFe）中每个元素的成分变化约为10％，小于基于光刻技术报道的> 50％的变化（图S42）（1）。此外，我们通过电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）确定的宏观组成与STEM派生的统计数据非常吻合。由于高温下的蒸气损失，基于初始前体盐摩尔比，HEA-NP成分与理想成分的偏差很小（图S44至S46和表S3）。为了证明成分控制，我们采用了（前体）补偿方法，这是涉及挥发性元素时高温合成中的常用策略（图S47至S52）。
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