Schoksynthese bij hoge temperatuur van nanodeeltjes van gelegeerd legeringen met een hoge entropie voor katalyse

High-temperature shock (HTS) is een opkomende synthesemethode met door kinetiek gedomineerde niet-evenwichtskenmerken, die een ultrasnelle opwarm-/afkoelsnelheid van ~10 kan bereiken⁵ K / s en een piektemperatuur groter dan ~ 3000 K binnen een tijdschaal van seconden of milliseconden, en wordt veel gebruikt bij de bereiding van materialen met een hoog entropiegehalte, thermodynamische metastabiele fase en defectrijke materialen.

Onder deze belangrijke vorderingen zijn legeringen met hoge entropie op nanoschaal (HEA) bijzonder prominent aanwezig in heterogene katalytische reacties met opmerkelijke activiteit, selectiviteit en stabiliteit dankzij de flexibele samenstellingsruimte en de mengstructuur met hoge entropie. Er zijn talloze rapporten over het gebruik van de HTS-technologieën om HEA en andere materialen met een hoge entropie te fabriceren in de afgelopen jaren; de constructiestrategieën en inherente fysisch-chemische fundamenten van HTS moeten echter nog grondig worden samengevat en onderzocht.

Onlangs presenteerde een onderzoeksteam onder leiding van prof. Yanan Chen van de Tianjin University en dr. Ye-Chuang Han van de Xiamen University, China, de fysisch-chemische principes van HTS vanuit het “energie-ruimte-tijd”-perspectief, introduceerde representatieve HTS-technologieën (bijv. Joule-verwarming, laserverwarming, microgolfverwarming), vatte de voordelen van HTS samen in vergelijking met traditioneel thermodynamisch gedomineerde bijna-evenwichtsverwarmingsmethoden (bijv. Buisoven en moffeloven) op synthesekatalysatoren.

Daarnaast werden de concepten en kenmerken van HEA geïntroduceerd en werd de laatste vooruitgang in de synthese van HEA’s met behulp van HTS-technieken besproken. Ten slotte werden ook conclusies en perspectieven gegeven voor toekomstig onderzoek van HTS en HEA, wat van groot belang is om zowel de theoretische als experimentele ontwikkeling van HTS en de toepassing ervan in HEA-controleerbare preparaten te sturen. De resultaten zijn gepubliceerd in Chinees tijdschrift voor katalyse.

Vanuit het “energie-ruimte-tijd”-perspectief, waarbij de wet van behoud van energie en de relatie tussen warmte en temperatuur worden gecombineerd, kunnen de factoren van de verwarmingssnelheid voor HTS als volgt worden afgeleid: de absorptiecoëfficiënt (ξ), het vermogen van inputenergie (P), en de natuurlijke kenmerken (specifieke warmtecapaciteit (c), massa (m)) van materialen.

De absorptiecoëfficiënt hangt vooral samen met de kenmerken van reactanten en substraten, reactieomgeving en verwarmingsbenaderingen. Bovendien heeft de input-energie direct effect op het doelwit tijdens HTS, daarom is het reactievolume (V) een cruciale parameter en hangt de verwarmingssnelheid af van de vermogensdichtheid (E/t/V), de koppeling van energie ( E), ruimte (V) en tijd

Hoe hoger de vermogensdichtheid (betekent hoe meer energie, kleinere ruimte, kortere tijd), hoe sneller de verwarmingssnelheid. Het koelproces wordt voornamelijk bepaald door de natuurlijke eigenschappen van de materialen vanwege het gebrek aan energie-input.

HEA vertoont uitstekende katalytische activiteit en stabiliteit dankzij hun vier unieke effecten: thermodynamische hoge entropie, structurele roostervervorming, kinetische trage diffusie en “cocktail” -effecten. Traditionele methoden die worden gebruikt om HEA te bereiden, hebben echter meestal geresulteerd in grote bulkmaterialen met kleine specifieke oppervlakken, waardoor katalytische toepassingen sterk worden belemmerd.

HTS kan de samensmelting en groei van HEA-nanodeeltjes remmen. De auteurs vatten de laatste vorderingen bij de bereiding van HEA en andere materialen met hoge entropie samen met behulp van typische HTS-technologieën (Joule-verwarming, laserverwarming en microgolfverwarming), evenals hun toepassingen in katalytische reacties.

Ten slotte werden er vooruitzichten gegeven op basis van de extreme niet-evenwichtscondities en uitrusting van HTS, het rationele ontwerp, de geavanceerde karakterisering en high-throughput screening van HEA.