导语
高熵合金纳米颗粒（HEA-NPs）在催化与能源转换领域展现出巨大潜力，但其合成一直面临难以兼顾小尺寸与高负载量的技术挑战。2025年9月1日，湖南大学费慧龙团队在Nature Communications上发表创新研究成果，开发出一种基于连续流动喷雾热解的新型合成策略，成功实现了尺寸小于2 nm、金属负载量达30 wt%的高熵合金纳米颗粒的规模化制备，为高性能电催化剂的设计与合成提供了新方案。
研究亮点
创新合成方法：开发连续流动喷雾热解技术，实现高熵合金的一步合成
突破性能极限：制备出尺寸小于2 nm、负载量达30 wt%的高密度HEA-NPs
独特还原机制：揭示"碳氢热还原"机制，在850°C低温下实现完全合金化
优异催化性能：FeCoNiCuPt HEA在ORR和HER反应中质量活性显著优于商用铂碳
良好普适性：可扩展至十种金属元素体系，适用于多种碳载体
图文解析
图1展示了连续流动喷雾热解合成过程的装置示意图。
该技术通过雾化含金属盐和氧化石墨烯的前驱体溶液，在氩气载流下通过预热管式炉，最终实现高熵合金纳米颗粒的连续化制备。
图2对五元FeCoNiCuPt HEA-NPs进行了系统的结构与成分表征。
SEM和STEM图像显示纳米颗粒均匀分布，粒径分布统计表明尺寸小于2 nm。XRD图谱显示单一FCC相结构，原子分辨率ADF-STEM图像清晰显示(111)晶面，EDS元素分布证实了各元素的均匀分布。
图3深入揭示了"碳氢热还原"机制。
通过对照实验证明，碳与水在原位反应生成氢气是实现低温还原的关键。Ellingham图展示了各元素的氧化势，尾气中H2的GC检测结果提供了直接证据。
图4展示了方法的通用性。
六元和十元HEA-NPs的EDS元素分布图证明了该策略对多组分体系的适用性，不同组元HEA-NPs的XRD图谱显示均形成单一固溶体相，炭黑载体上的表征进一步展示了底材适应性。
图5系统评估了五元HEA-NPs/G的电催化性能。
ORR极化曲线显示优异的催化活性，质量活性达到1.94 A mg⁻¹，显著优于文献报道的HEA基ORR催化剂。HER极化曲线显示质量活性高达32.71 A mg⁻¹，PEMWE稳定性测试表明具有良好的耐久性。
技术关联
本研究采用的连续流动合成策略与精密温度控制技术，与深圳中科精研在高温反应设备领域的技术积累高度相关。特别是：
连续流动反应器设计：需要精确控制反应物料停留时间和温度分布
高温反应控制：850°C反应温度下的精确控温与均匀热场保障
快速加热冷却：瞬时加热抑制颗粒长大的技术需求
工艺放大能力：从实验室规模向克级放大的工程化实现
这些技术要素与公司在高温合成装备研发中的核心技术方向一致，为解决纳米材料合成中的传热、传质和过程控制问题提供了工程化思路。
总结与展望
本研究通过开发创新的连续流动喷雾热解策略，成功解决了高熵合金纳米颗粒合成中尺寸与负载量之间的矛盾。所揭示的"碳氢热还原"机制为低温合成高熵合金提供了新思路，展示的优异电催化性能证明了其应用潜力。该合成策略兼具简易性、高重复性与易放大性，为高性能高熵合金纳米材料的大规模制备及其在催化与能源领域的应用提供了可靠路径。
未来研究可进一步探索该策略在更复杂反应体系中的应用，并优化反应器设计以实现更大规模的生产，推动其向工业化应用迈进。
文献信息：
Guanchao He, Xinyu Zhang, Jianbin Liu, Jinyu Chong, Gonglan Ye, Huilong Fei*, "Hydrocarbothermal flow synthesis of carbon-supported small and dense high-entropy alloy nanoparticles as electrocatalysts".
Nat. Commun., 2025, 16, 8172.
https://www.nature.com/articles/s41467-025-63527-7
