موضوع مقاله: نانوذرات آلیاژهای پرآنتروپی | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # نانوذرات آلیاژهای پرآنتروپی | مقدمه: این نانوذرات به دلیل ترکیب چندعنصری، اثرات اعوجاج شبکه و ساختار درهم‌ریخته، ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی قابل تنظیم داشته و در حوزه‌هایی مانند کاتالیز، انرژی، محیط زیست و فناوری‌زیستی مورد توجه قرار گرفته‌اند. | ## بخش 1: نانوذرات آلیاژهای پرآنتروپی | در این روش، نمونه به‌سرعت تا حدود ۲۰۰۰ کلوین در مدت ۵۵ میلی‌ثانیه حرارت داده می‌شود و در حالت غیرتعادلی، اختلاط چندفلزی یکنواخت حاصل می‌شود. عناصر واقع در بالای نمودار معمولاً نانوذرات آلیاژهای پرآنتروپی را تشکیل می‌دهند، در حالی که عناصر پایین نمودار غالباً اکسیدهای پرآنتروپی (HEO-NPs) ایجاد می‌کنند. اخیراً، سنتز دمای پایین از طریق تبادل همزمان چند کاتیونی (زیر 900 کلوین) برای نانوذرات سولفید فلزی با آنتروپی بالا نشان داده شده است که ممکن است برای سلنیدهای فلزی، تلوریدها، فسفیدها و هالیدها نیز اعمال شود. بعدها، روش‌های «شوک» غیرتعادلی مشابه دیگری نیز برای سنتز نانوذرات آلیاژهای پرآنتروپی و انواع دیگر نانوساختارهای با آنتروپی بالا معرفی شدند. اخیراً، سنتز دمای پایین از طریق تبادل همزمان چند کاتیونی (زیر 900 کلوین) برای نانوذرات سولفید فلزی با آنتروپی بالا نشان داده شده است که ممکن است برای سلنیدهای فلزی، تلوریدها، فسفیدها و هالیدها نیز اعمال شود. در سال ۲۰۲۴ یک پژوهش نشان داد که پلاسما القایی می‌تواند نانوذرات پرآنتروپی را به‌صورت پیوسته و در یک مرحله، مستقیماً از پودرهای فلزی عنصری و از طریق آلیاژسازی در حین پرواز ذرات تولید کند. تحلیل ساختاری به‌دلیل توزیع تصادفی عناصر در نانوذرات آلیاژهای پرآنتروپی، روش‌های متداول مشخصه‌یابی اغلب کافی نیستند و نیاز به ابزارهای با تفکیک‌پذیری بالا وجود دارد. علاوه بر این، طیف‌سنجی جذب اشعه ایکس می‌تواند اطلاعاتی در مورد محیط‌های هماهنگی محلی ارائه دهد، در حالی که می‌توان از ساختار ریز جذب اشعه ایکس گسترده برای بدست آوردن اعداد هماهنگی و فواصل پیوند استفاده کرد. علاوه بر این، به دلیل تعداد بسیار زیاد ترکیبات و سطوح ممکن (یعنی تراس، لبه و گوشه) که برای نانوذرات آلیاژهای پرآنتروپی موجود است، شبیه‌سازی‌هایی مانند محاسبات نظریه تابعی چگالی نیز برای تجزیه و تحلیل آنها به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرند. خواص فراوانی گسترده ترکیبات ممکن در نانوذرات آلیاژهای پرآنتروپی باعث تنظیم‌پذیری بسیار زیاد در خواص الکترونی، ساختاری و واکنشی می‌شود. در نانوذرات آلیاژهای پرآنتروپی حتی اتم‌های یک عنصر مشخص ممکن است به‌دلیل تفاوت در همسایگی، چگالی حالت الکترونی متفاوتی داشته باشند. | ## بخش 2: نانوذرات آلیاژهای پرآنتروپی | چنین تغییراتی در محیط محلی منجر به سطوح انرژی جذب متنوع و قابل تنظیم می‌شود که می‌تواند برای برآورده کردن اصل ساباتیر، به ویژه برای واکنش‌های پیچیده، مفید باشد. وجود اتم‌های با اندازه‌های متفاوت موجب اعوجاج شبکه و افزایش پایداری در برابر جدایش فازی، ذوب موضعی و تنش‌های حرارتی می‌شود. این پایداری یکی از مهم‌ترین مزیت‌های نانوذرات آلیاژهای پرآنتروپی در کاربردهای محیط‌های سخت است. علاوه بر این، به دلیل ساختار آنتروپی بالا، نانوذرات آلیاژهای پرآنتروپی معمولاً پایداری ساختاری بهبود یافته‌ای را نشان می‌دهند. یکی از مکانیسم‌های پیشنهادی برای افزایش پایداری ساختاری، جلوگیری از جداسازی فاز به دلیل اعوجاج شبکه از عناصر با اندازه‌های مختلف است که به عنوان موانع انتشار عمل می‌کنند. با توجه به مزایای فوق، نانوذرات آلیاژهای پرآنتروپی به عنوان کاتالیزورهای با کارایی بالا برای واکنش‌های ترموشیمیایی و الکتروشیمیایی، مانند اکسیداسیون آمونیاک، تجزیه و تجزیه آب، استفاده شده‌اند. رویکردهای توان عملیاتی بالا و داده‌کاوی برای کشف سریع مواد در فضای چند بعدی نانوذرات آلیاژهای پرآنتروپی در حال اجرا هستند. پژوهش‌های اخیر مطالعات اخیر تلاش کرده‌اند رابطه میان ترکیب چندعنصری، ساختار محلی و فعالیت کاتالیستی را به‌صورت کمی مشخص کنند. بررسی‌ها نشان داده که توزیع تصادفی عناصر می‌تواند مجموعه‌ای گسترده از سایت‌های فعال محلی ایجاد کند که انرژی جذب متفاوتی دارند و این موضوع دلیل اصلی عملکرد کاتالیزوری فوق‌العاده نانوذرات آلیاژهای پرآنتروپی است. پژوهش‌های تازه همچنین تمرکز ویژه‌ای بر استفاده از نانوذرات آلیاژهای پرآنتروپی در موارد زیر داشته‌اند. این حوزه‌ها همچنان فعال‌ترین جبهه پژوهشی نانوذرات آلیاژهای پرآنتروپی محسوب می‌شوند: تبدیل انتخابی CO₂ : نانوذرات آلیاژهای پرآنتروپی به دلیل سطح فعال چندعنصری و توانایی تنظیم انرژی جذب، می‌توانند CO₂ را به محصولات خاص مانند متانول یا فرمالدهید با بازده بالا تبدیل کنند. | ## بخش 3: نانوذرات آلیاژهای پرآنتروپی | تحقیقات اخیر نشان داده‌اند که ترکیب مناسب عناصر و توزیع تصادفی آنها، نقش کلیدی در افزایش انتخاب‌پذیری واکنش دارد. سنتز آمونیاک در شرایط ملایم : استفاده از نانوذرات آلیاژهای پرآنتروپی به عنوان کاتالیست در واکنش‌های تولید NH₃، حتی در دما و فشار کمتر از روش‌های سنتی، امکان‌پذیر شده است. طراحی ترکیبات چندعنصری و کنترل اندازه نانوذرات می‌تواند انرژی فعال‌سازی واکنش را کاهش دهد و راندمان سنتز آمونیاک را افزایش دهد. اکسیداسیون الکل‌ها : نانوذرات آلیاژهای پرآنتروپی به عنوان کاتالیست‌های الکتروشیمیایی و ترموشیمیایی در اکسیداسیون الکل‌ها به کار رفته‌اند. ترکیب چندعنصری و سطوح فعال متنوع موجب افزایش سرعت واکنش و پایداری کاتالیست می‌شود. تکامل اکسیژن در الکترولیز آب در دماهای بالا : نانوذرات آلیاژهای پرآنتروپی و اکسیدهای پرآنتروپی (HEO) به عنوان کاتالیست‌های OER در الکترولیز آب عملکرد بسیار بالایی دارند. ساختار نانومتری، اعوجاج شبکه و توزیع عناصر مختلف، موجب کاهش انرژی فعال‌سازی و افزایش پایداری در دماهای بالا می‌شود. چشم‌انداز آینده با توجه به تنوع ترکیبی گسترده و قابلیت تنظیم دقیق خواص سطحی، نانوذرات آلیاژهای پرآنتروپی پتانسیل بالایی برای طراحی کاتالیست‌های نسل جدید در حوزه‌های انرژی و محیط زیست دارند. رویکردهای داده‌کاوی و یادگیری ماشین برای پیش‌بینی ترکیبات بهینه و شبیه‌سازی سایت‌های فعال محلی، مسیر کشف سریع و هدفمند کاتالیست‌ها را هموار کرده‌اند. | ## جمع‌بندی | در آینده، انتظار می‌رود نانوذرات آلیاژهای پرآنتروپی نقش کلیدی در توسعه فناوری‌های پایدار برای تولید سوخت، مواد شیمیایی ارزشمند و واکنش‌های الکتروشیمیایی داشته باشند.