高熵氧化物

高熵氧化物（，簡稱：HEO） 是一種含有五種或更多種主要金屬陽離子且具有單相晶體結構的複合氧化物。 Rost 等人於 2015 年報告了第一種高熵氧化物，即中的 (MgNiCuCoZn)0.2O 。.目前，HEO已成功合成為多種結構，包括、和尖晶石族。目前，HEO 正在被研究用作功能性材料。

歷史
在高熵材料領域，高熵合金 (HEA) 的出現早於高熵氧化物(HEO)，後者由 葉均蔚 等人於 2004 年首次報導。 高熵合金是由五種或五種以上主要金屬元素組成的合金。一些高熵合金已被證明具有理想的機械性能，例如在高溫下仍能保持強度/硬度。 2010 年代，高熵合金的研究進展顯著加速。

2015年，Rost等人報告了首例高熵合金（HEO），即存在於岩鹽結構中的(MgNiCuCoZn) 0.2 O。與高熵合金類似，(MgNiCuCoZn) 0.2 O也是多組分單相材料。 (MgNiCuCoZn) 0.2 O材料中的陽離子位點在成分上呈無序狀態，與高熵合金類似。然而，與高熵合金不同的是，(MgNiCuCoZn) 0.2 O含有有序的陰離子亞晶格。自2015年發現高熵合金以來，該領域迅速發展。聚合物空間包覆需要將含有所需金屬陽離子的水溶性化合物（例如金屬醋酸鹽、金屬氯化物）置於水和水溶性聚合物（例如 PVA、PEG）的溶液中。在溶液中，陽離子充分混合並由聚合物鏈緊密結合在一起。水被除去，形成泡沫，泡沫的有機成分在煅燒步驟中燒掉，得到細而純淨的混合氧化物粉末，可將其壓成生坯並燒結。此方法由 Nguyen 等人首次報導。 2011 年。 2017 年，Kriven 和 Tseng 報告了首個聚合物空間包覆 HEO 的合成。

聚合物空間包覆可用於合成難以以固相法成功合成的塊狀HEO樣品。例如，Musico 等人利用固相反應和聚合物空間包封合成了高熵銅酸鹽(LaNdGdTbDy)0.4CuO4

• 脈衝雷射沉積
• 磁控濺鍍
• 溶膠-凝膠法
• 熱壓
• 其中一些結構，例如鈣鈦礦結構，值得注意的是它們具有兩個陽離子位點，每個陽離子位點可能獨立地具有成分無序性。例如，已經合成了高熵鈣鈦礦 (GdLaNdSmY) 0.2 MnO 3（A 位構型熵）、Gd(CoCrFeMnNi) 0.2 O 3（B 位構型熵）和 (GdLaNdSmY) 0.2 (CoCrFeMnNiNi) 0.2 O3（A 位及B位構型熵）。

{| class="wikitable"
|+HEO材料及其晶體結構的範例
!結構
!例子
!參考
|-
|岩鹽 Rock Salt
|(MgNiCuCoZn)0.2O
|Rost et al、大k介電材料或用於催化相應地，HEO 的熱導率通常低於具有相同晶體結構且每個晶格位置只有一個陽離子的材料。 HEO 的熱導率通常大於或與具有相同成分的非晶態材料的熱導率相當。、催化可以透過改變給定 HEO 的陽離子組成來調整。許多材料應用需要一組高度特定的特性。例如，熱障塗層需要與金屬表面相符的熱膨脹係數、高溫相穩定性、低熱導率和化學惰性等特性。由於其固有的可調性，HEO 已被提議作為熱障塗層等先進材料應用的候選材料。。  HEO 中的多種陽離子可產生多樣化的活性位點，進而提高催化效率與耐久性。此外，高構型熵增強了相穩定性，防止材料在電化學條件下降解。這些特性使 HEO 成為燃料電池和金屬空氣電池中極具吸引力的候選材料。

超級電容器
由於HEO能夠適應多種氧化還原反應，人們已將其用作超級電容器的電極材料。其高表面積和可調的氧化態有助於提高電容和電荷儲存能力。研究表明，與傳統的過渡金屬氧化物相比，基於HEO的超級電容器表現出更高的循環穩定性，使其適用於高功率儲能應用。例如，已經製備出了鈣鈦礦型La(CoCrFeMnNiAl x ) 1/(5+x) O 3 和La 0.7 Bi 0.3 Mn 0.4 Fe 0.3 Cu 0.3 O 3 。

鋰離子和固態電池
由於HEO結構堅固且能夠促進離子傳輸，其正被研究作為鋰離子電池(LIB)和固態電池的潛在電極材料。其多元素組成能夠提高電子導電性和離子擴散性能，這對於高性能電池電極至關重要。此外，HEO也表現出更強的抗相變能力，解決了傳統電池材料中常見的容量衰減和循環穩定性差等問題。

固態氧化物燃料電池（SOFC）
高熵氧化物 (HEO) 已被研究用作固態氧化物燃料電池 (SOFC) 的潛在電極和電解質材料。它們的高熵值可以穩定氧空位，從而提高氧離子的電導率和較低工作溫度下的電化學活性。這有望使 SOFC 更有效率、更耐用，從而減少對傳統系統中使用的昂貴稀土元素的依賴。

術語
高熵氧化物的定義有爭議。在氧化物文獻中，該術語通常指任何具有至少五種主要陽離子的氧化物。然而，有人認為這是一種誤稱，因為大多數報告都忽略了計算構型熵。。有人建議用三個術語取代 HEO：成分複雜氧化物、高熵氧化物和熵穩定氧化物。其中，成分複雜是指多種元素佔據同一亞晶格的材料，高熵是指構型熵在穩定過程中發揮作用的材料，熵穩定是指熵在焓項中占主導地位並且是形成結晶相所必需的材料。

参考文献
參見

• 高熵合金