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Science重磅综述！对高熵合金纳米粒子的合成-结构-性质关系的总结与展望！
高熵合金纳米粒子是指包含四种以上元素均匀混合成固溶体结构的新型粒子。你可以想像由不同元素结合形成的纳米粒子就像乐高玩具，如果你只有1-3种颜色或尺寸的元素，最后完成的组合与结构也受限于某几种形式。但由四种及以上金属元素制成的纳米粒子就好比将玩具箱扩大好几倍，你可以在其中自由创造更多元的玩具组合。
近年来，高熵合金纳米粒子已成为一个快速发展的研究领域，其问世以来，极大的拓展了纳米材料领域的研究和应用范围。由于它们的多元素组成和独特的高熵混合状态可以导致可调的活性和增强的稳定性，这些纳米颗粒在催化剂设计和探索方面受到了广泛关注。然而，这种强大的潜力也伴随着巨大的挑战，广泛的可能成分和复杂的原子排列也给合成、表征、理解和应用高熵纳米粒子带来了巨大挑战。
美国马里兰大学胡良兵教授团队已经在高熵合金纳米粒子领域做出了许多开拓性及杰出的成果，目前对高熵合金纳米粒子的合成-结构-性质关系进行了总结与展望。其成果以题为“High-entropy nanoparticles: Synthesis-structure-property relationships and data-driven discovery”发表于最新一期《Science》上，其第一作者为YONGGANG YAO。
由于合成方法、高分辨率表征、高通量实验和数据驱动发现的快速发展，高熵合金纳米粒子的综合研究变得可行。目前已经开发了各种各样的成分和材料库，其中许多是通过使用基于非平衡“冲击”的方法来诱导单相混合的，即使对于传统上不混溶的元素组合也是如此。纳米材料类型也迅速从晶体金属合金演变为金属玻璃、氧化物、硫化物、磷酸盐等。先进的表征工具已被用于揭示高熵纳米粒子的结构复杂性。例如，原子电子断层扫描已被用于元素及其化学环境的三维位置的单原子级分辨率。最后，由于其原子结构和可调电子态，高熵纳米粒子已经在催化和能源技术中显示出广泛的前景。高通量计算和实验方法的发展可以加快材料探索速度，并使机器学习工具成为性能预测和引导优化的理想选择。材料发现平台，例如高通量探索和数据挖掘，可能会颠覆性地取代传统的试错方法，以开发基于高熵纳米粒子的下一代催化剂。
高熵合金纳米粒子为不同的应用提供了诱人的材料平台。这些复杂的材料处于起步阶段，面临着巨大的机遇和巨大的挑战。对于下一阶段的研究和应用，我们需要（i）具有目标表面成分和原子排列的高熵纳米粒子的可控合成；(ii) 通过精确的结构表征，对催化条件下高熵纳米粒子的表面、有序、缺陷和动态演化进行基础研究；(iii) 识别和了解高熵纳米粒子的活性位点和性能来源（尤其是增强的稳定性）；(iv) 用于快速筛选和数据挖掘的高通量计算和实验技术，以加速探索多元素空间中的高熵纳米粒子。我们预计，关于高熵纳米粒子的合成-结构-性质关系的发现及其指导性发现将极大地有益于催化、能源和可持续性的一系列应用。
高熵纳米粒子和数据驱动的发现。新兴的高熵合金纳米粒子在大的组成空间内具有多元素混合的特点，可用于多种应用，特别是催化。高通量和机器学习工具，加上先进的表征技术，可以大大加速这些高熵纳米粒子的优化，形成数据驱动发现的闭环范例。
总结：本文作者通过合成、表征、催化应用、高通量筛选和数据驱动材料发现的多学科视角，综述了高熵合金纳米粒子的重要进展，并揭示其未来催化发展、能源和可持续性应用的关键需求。
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abn3103
来源：高分子科学前沿
