近日，东北大学材料学院李逸兴、张雪峰课题组在中国科技期刊卓越行动计划领军期刊《国家科学评论》上发表了题为“High-entropy-alloy nanoparticles with ultra-mixed 21 elements for efficient photothermal conversion”的研究论文(Natl. Sci. Rev. 2022, DOI:10.1093/nsr/nwac041，影响因子：17.725)。材料学院博士研究生廖怡君为论文第一作者，材料学院青年教师李逸兴博士、东北大学/杭州电子科技大学张雪峰教授为论文共同通讯作者。

通过将不同元素进行均匀混合以制备高熵合金材料，协同提升材料的性能成为了近年来的研究重点。但异种元素间的不混溶性以及纳米尺度的极短扩散长度大大限制了高熵合金组元数增长及纳米化的进程。

针对这一问题，本课题组基于近期制备的高熵合金的制备经验(Angew. Chem. Int. Ed. 60, 2021, 27113; Small 18, 2022, 2107265)，总结15年来研究的50余种复合材料体系的制备工艺，提出了蒸气压调控诱导高熵合金合成的新思路，制备了创纪录的21种元素(FeCoNiCrYTiVCuAlNbMoTaWZnCdPbBiAgInMnSn)混溶高熵纳米颗粒(21-HEA-NPs)，打破了国际上15组元高熵合金制备的记录(Matter, 4, 2021, 2340)。

图1.(a)纳米颗粒直流电弧等离子法制备示意图;(b)不同材料XRD结果;(c)21-HEA-NPs透射电镜照片及EDS能谱分析。

图2. 21-HEA-NPs高分辨透射电镜照片、傅里叶转换图片及原子级EDS-mapping能谱分析。

基于上述所制备的材料，作者研究了其相关光热转换性能。结果表明，伴随元素种类的增加，材料的光热转换能力明显增强，21-HEA-NPs材料在纯水和3.5 wt%的盐水中的水蒸发速率可达2.42、2.43 kg m-2 h-1, 效率达97.8%和97.9%，展现出优异的光热转换性能。同时，在100 h长循环测试(10 wt%盐水)及户外测试中，材料也表现出相当的稳定性与适应性。

图3.高熵合金纳米颗粒在1个模拟太阳光下对应的水质量变化曲线及21-HEA-NPs在1~5 sun下的水蒸发速率曲线，(a)-(c)为纯水条件(d)-(f)为3.5 wt%盐水条件。

综上所述，通过直流电弧等离子体放电方法，基于蒸气压调控理论，可以制备具有多种不混溶元素相互混溶的高熵纳米颗粒材料，其在光热转换领域具有巨大的应用潜力。该研究获得了国家重点研发计划、国家自然科学基金、浙江省重点研发计划、辽宁省自然科学基金等的资助。