Procédé de synthèse des nanoparticules MPEI, produit et comparaison avec la littérature. Crédit :A. James Clark School of Engineering, Université du Maryland
Pour la première fois, un groupe de recherche de l'Université du Maryland (UMD) a démontré les intermétalliques multi-éléments principaux (MPEI) monophasés à l'échelle nanométrique avec jusqu'à huit métaux - complètement dépourvus de croissance de particules ou de séparation de phase - via un nouveau multi-élément -stratégie du désordre à l'ordre des éléments. Cette approche démontre une stratégie générale pour synthétiser les nanoparticules MPEI, fournissant non seulement une étape vers les intermétalliques octonaires, mais permettant également la synthèse des MPEI à l'échelle nanométrique.
Les nano-MPEI sont des composés intermétalliques - d'environ 4 à 5 nanomètres de diamètre - composés de métaux multi-élémentaires dans des proportions définies, par opposition à l'alliage, par exemple, qui a des proportions variables. Les propriétés et la structure cristalline formées par ces composés intermétalliques sont différentes de ses constituants.
L'étude, dirigée par Liangbing Hu, Herbert Rabin Distinguished Professor of Materials Science and Engineering (MSE) à l'Université du Maryland (UMD) et directeur du Center for Materials Innovation (CMI), a été publiée dans Science Advances le 28 janvier 2022. Mingjin Cui, ancien assistant de faculté MSE à l'UMD, a été le premier auteur du document de recherche.
"Le contrôle précis de l'arrangement de l'ordre atomique à l'intérieur des nanoparticules est un grand défi", a déclaré Hu. "Nous avons obtenu les nanoparticules intermétalliques ordonnées multi-élémentaires par une stratégie unique de transition de désordre à ordre. La stratégie peut être étendue pour produire une bibliothèque combinatoire de nanomatériaux intermétalliques qui peuvent présenter de nouvelles propriétés et applications."
Pour y parvenir, le groupe a rapidement chauffé des précurseurs de sels métalliques sur un substrat de carbone à 1100 K. Une fois refroidis, ils ont réchauffé les nanoparticules pendant cinq minutes, à nouveau à 1100 K, pour favoriser le réarrangement atomique (garantissant ainsi que les éléments tomberaient dans le bon ordre ), qui a cédé la place à un arrangement MPEI plus stable. Ensuite, les éléments ont été rapidement refroidis. Le résultat a été des nanoparticules MPEI dotées d'une structure intermétallique à éléments multiples.
"Ce qui rend ce travail spécial, c'est que les nano-MPEI dans ce cas démontrent une activité et une stabilité élevées en catalyse", a déclaré Cui. "Les nano-MPEI n'ont pas été atteints auparavant par la chimie humide traditionnelle ou les processus de frittage de longue durée."
Non seulement ce processus peut renforcer les applications en catalyse, en magnétisme et en supraconducteurs, mais le groupe prévoit de créer une bibliothèque, pour ainsi dire, de MPEI à nanoparticules, qui pourrait potentiellement ouvrir la voie à une nouvelle frontière de recherche et d'applications intermétalliques. Un composé intermétallique multinaire à faible coût et haute performance comme électrocatalyseur actif pour la production d'hydrogène
