《Advanced Materials》用于发现高熵材料的微尺度组合库

新材料对于现代技术的许多领域的进步是必不可少的贵金属预氧时间。为了满足应用的多种要求，它们的设计经常需要使用许多个特定组合的元素和量身定做的成分比率来定义它们的固有属性。在过去，钢铁、高温合金或金属玻璃等多元工程材料的发明和发展需要数十年的时间，因为必须进行大量的单独实验，以最终了解合金化和加工对这些材料的结构和机械性能的影响。然而，今天开发新材料的时间有限，例如缓解气候变化的电催化剂。颠覆性概念对于加速新材料的发现和发展进程是必要的，例如用于放氢、氧还原和放氧的活性电催化剂，这些被认为是成功实施可持续氢经济的唯一希望。多元材料体系，特别是高熵合金，具有前所未有的性能。由于几乎无限的组合可能性，它们的勘探和开发是困难的。

来自德国波鸿鲁尔大学的学者通过共溅射和阴影掩蔽相结合在一个沉积过程中产生大量微尺度组合文库解决了这一挑战贵金属预氧时间。这些在微尺度上分布的薄荧光成分覆盖了前所未有的高熵合金体系的成分范围，并使使用纳米级扫描电化学细胞显微镜高通量表征电催化能量转换反应的数千种成分成为可能。对两个高熵合金体系组成空间的典型探索提供了析氢、析氧以及氧还原反应的电催化活性图。确定了Ru-Rh-Pd-Ir-PT体系中的活性最佳值，发现了Co-Ni-Mo-Pd-Pt体系中的活性贵金属贫化组分。这说明，所提出的微库是一个全面的发现平台，以掌握多元系统的多维挑战。相关文章以“Microscale Combinatorial Libraries for the Discovery of High-Entropy Materials”标题发表在Advanced Materials。

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图1.用于多元素系统整体合成的微库概念贵金属预氧时间。a） 作为微库的一部分，通过微尺度光刻孔径掩模从倾斜源共沉积来合成单个成分梯度。b） 计算高斯沉积过程和由此产生的成分梯度的示例。c） 通过俄歇电子能谱在单个成分梯度上测量的颜色编码表面元素分布（通过单个 5 μm 直径孔径溅射）。d） 微库的光学显微镜图像;光圈由红色圆圈表示。e） 通过单个样本（红色）、共沉积的宏观材料库（橙色）和微库（绿色）可视化五成分空间覆盖率。标明了涵盖的独特作品的数量。灰点以 5 at% 的步长显示五元制中的所有组合物，而蓝点以 5 at% 的步长显示五元制系统中 10 到 35 at% 之间的所有可能组合物。f，g） 模拟微库集中涵盖的合成：f） 仅部分覆盖合成空间的参数集（掩模布局），而在 （g） 中，优化的光圈掩模布局极大地扩展了覆盖的构图。

图2.微库的高通量纳米级表征贵金属预氧时间。a） 微型图书馆的 SEM 图像。指示FIB切割横截面样品的位置。b） 沿 TEM-EDX 的 FIB 切割样品的化学成分。获取衍射图案的位置在高角度环形深长方形TEM横截面图像（插图）上突出显示。c） 来自图（b）中突出显示的区域的平均衍射图以及带有叠加Pt线的示例原始衍射图案。

图3.Ru-Rh-Pd-Ir-Pt微库的电催化活性通过16孔径阴影掩模共同沉积贵金属预氧时间。a） 在三种不同电催化反应的微库坐标上测量的电催化活性图。b） 通过EDX测量微库选定区域内的各个元素得到的微库的化学成分图。c） 测量区域的选定LSV，由（a）中的十字表示，具有高（红色），中（橙色）和低活性（青色）。

总的来说，本研究关注了两个高熵合金系统，典型的贵金属系统Ru-Rh-Pd-Ir-Pt和贵金属贫化系统Co-Ni-Mo-Pd-Pt的电化学活性贵金属预氧时间。在不到一个工作日的时间里，每个系统都被研究了三个电化学反应，产生了7800伏安图的数据集。这种方法的数据涵盖了高熵合金系统所有可能的五元组分的大部分。通过优化程序，甚至可以覆盖更多的成分，使其成为生成“大数据”的合适方法，而在材料科学中，大数据通常被认为几乎是不可能的。示范的快速筛选概念将大大加快发现绿色能源过渡所急需的材料(丰富的非贵金属催化剂)，一般适用于所有材料类别。（文：SSC）

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