高熵合金以其高强度、高硬度、高热稳定性和高化学稳定性等独特的性能在各个领域引起了广泛的关注。

传统合金通常含有少量的一种或两种额外的金属，HEAs不同，它是由五种或五种以上金属以等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，其中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(NPs)的催化潜力得到了广泛的研究。

然而，尽管HEA NPs具有潜力，但它们从未被用作生长单壁碳纳米管(SWCNTs)的催化剂。SWCNTs是由碳组成的纳米级管，具有非凡的性能，如超强的强度、导热性和导电性，使其在许多领域都很有价值，如用于生物医学和农业应用的电池组件和生物传感器。

因此，迫切需要高效的SWCNTs合成方法，需要开发有效的催化剂。

在一项开创性研究中，由日本名城大学应用化学系Takahiro Maruyama教授领导的一组日本研究人员首次利用HEA NPs实现了SWCNTs的生长。

“碳纳米管在许多领域都具有巨大的潜力。如果我们能够降低它们的合成成本并通过催化剂改进实现选择性SWCNTs生长，它可以为高速设备和各种光学传感器铺平道路，使我们的生活更舒适，”Maruyama教授说。

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SWCNTs。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教授解释说:“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 NPs可能作为生长SWCNTs的高活性催化剂。”

该团队通过化学气相沉积(CVD)工艺合成了SWCNTs，其中SWCNTs是通过在真空中在固体表面上原子一个原子地沉积材料层来生长的。以乙炔为原料，以5个PGM HEA NPs为催化剂，在750℃下反应10 min。这导致生长出长度超过1微米的高密度swnct。此外，拉曼分析表明，swnct的直径在0.83-1.1纳米之间。

为了比较HEA NPs的性能，他们还使用单个金属作为催化剂合成了swncnts，以及铁和钴，这是在相同CVD工艺中获得高产率SWCNTs最常用的催化剂。实验表明，HEA NPs的催化活性远远高于单个PGM金属，与铁和钴相当。

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

“我们的研究结果表明，5个PGM HEA NPs非常适合小直径swnts的生长，代表了材料之间全新的匹配。此外，考虑到HEA组成的无数可能的组合，我们的研究可以为更好的催化剂铺平道路，”Takamura教授说。

总之，本研究证明了HEA NPs作为高质量SWCNTS生长催化剂的有效性，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。