催化劑在很多應用領域中都是不可或缺的，比如通過加速化學反應，降低工業製造過程中有害氣體的排放，催化劑還能提高化學過程的效率，應用於從電池到啤酒和洗衣粉等等的眾多領域。儘管催化劑作用顯著，但它們的工作方式對科學家來說往往是個謎。了解催化過程可以幫助科學家們開發出更高效、更具成本效益的催化劑。在最近的一項研究中，來自伊利諾伊大學芝加哥分校(UIC)和美國能源部(DOE)阿貢國家實驗室的科學家們發現，在通常會快速降解催化材料的化學反應過程中，某種類型的催化劑表現出特別高的穩定性和耐久性。
這項研究中的催化劑是合金納米顆粒，或者說是由鈷、鎳、銅和鉑等多種金屬元素組成的納米顆粒。這些納米顆粒可以有多種實際應用，包括燃料電池、二氧化碳捕獲、生物傳感器以及太陽能電池等。
在這項研究中，科學家們研究了 "高熵"（高度穩定）合金納米顆粒。研究人員利用阿貢的納米級材料中心（CNM）的氣體流透射電子顯微鏡(TEM)實時捕捉整個氧化過程。為了進行TEM，科學家們將納米顆粒嵌入氮化矽膜中，並將不同類型的氣體通過通道流過顆粒。一束電子探查了顆粒和氣體之間的反應，揭示了氧化的低速率以及某些金屬如鐵、鈷、鎳和銅在這個過程中向顆粒表面的遷移情況。發現高熵合金納米顆粒比一般金屬顆粒能夠更好地抵抗氧化。
根據研究人員的說法，這項研究中的發現可以使許多能源存儲和轉換技術受益，如燃料電池、鋰空氣電池、超級電容器和催化劑材料。納米顆粒還可用於開發耐腐蝕和高溫材料。
論文標題為《In Situ Oxidation Studies of High-Entropy Alloy Nanoparticles》。