用于生长高密度碳纳米管的新型高熵合金纳米颗粒催化剂

高熵合金（HEAs）由于其独特的性能，如高强度和硬度，以及高热稳定性和化学稳定性，在各个领域引起了极大的关注

与传统合金不同，传统合金通常含有少量的一种或两种额外的金属，HEA是由五种或五种以上金属以相等的原子比组成的固溶体。这种独特的组成导致独特而复杂的表面结构，其包含许多适合催化反应的不同活性位点。因此，近年来，HEA纳米颗粒（NP）因其催化潜力而被广泛研究

然而，尽管HEA NPs具有潜力，但从未被用作生长单壁碳纳米管（SWCNTs）的催化剂。SWCNT是一种由碳制成的纳米级管，表现出非凡的性能，如优异的强度、导热性和导电性，使其在许多领域具有价值，如电池组件和生物医学和农业应用的生物传感器

因此，迫切需要有效的SWCNT合成方法，这就需要开发有效的催化剂

在一项开创性的研究中，由明治大学应用化学系的丸山隆弘教授领导的日本研究团队首次使用HEA NPs生长了SWCNT

在之前的研究中，Maruyama教授的团队成功地使用铱、铂和铑等单一金属作为催化剂生长了SWCNT。基于他们的发现，在这项研究中，他们使用了由五种铂族金属（5 PGM）组成的HEA NPs，包括铑、铷、钯、铱和铂

Maruyama教授解释道，“考虑到PGM HEA NPs通常比单个PGM催化剂具有更高的活性，我们推测由PGM组成的HEA NP可能是生长SWCNT的高活性催化剂。”

该团队通过化学气相沉积（CVD）工艺合成了SWCNT，其中SWCNT是通过在真空中在固体表面逐原子沉积材料层来生长的。使用乙炔作为原料在750℃下以5个PGM HEA NP作为催化剂进行CVD 10分钟。这导致了长度大于1微米的高密度SWNCT的生长。此外，拉曼分析显示SWNCT的直径在0.83&ndash；1.1纳米

为了比较HEA NP的性能，他们还使用单个金属作为催化剂，与铁和钴一起合成了SWNCTs，铁和钴是在同一CVD工艺中获得高产量SWCNT的最常用催化剂。实验表明，HEA NPs的催化活性显著高于单个PGM金属的催化活性，并且与铁和钴的催化活性相当

该团队将这种高活性归因于HEA NP独特的表面结构，由于其原子结构的多样性，HEA NP为催化反应提供了各种活性位点

“我们的研究结果表明，5种PGM HEA NPs非常适合小直径SWNCT的生长，这代表了材料之间的全新匹配。此外，鉴于HEA成分可能有无数种组合，我们的研究可以为更优质的催化剂铺平道路，”Takamura教授说

总的来说，这项研究证明了HEA NPs作为生长高质量SWCNTS的催化剂的有效性，为碳纳米管研究开辟了新的途径

这项研究发表在《应用物理快报》杂志上