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亚稳态微纳米材料的结构工程已在新能源领域引起广泛关注。天津大学陈亚楠教授团队详细概括了超快高温热冲击（HTS）技术在亚稳态微纳米材料结构工程中的应用。HTS技术采用焦耳热驱动的超快加热手段，具有超快升降温速率、超短保温时间和超高反应温度等特点，展现出对反应体系的非平衡态热力学和极端环境动力学调控能力，以及超高能量利用率，为亚稳态微纳米材料的合理设计、结构调控及高通量制备提供有力支持。相关研究发表于《国家科学评论》（National Science Review, NSR），第一作者为崔晓亚博士。
超快合成技术的特点及其对亚稳态微纳米材料的结构调控
首先，该文详细介绍了HTS技术的工作原理、演变过程以及动力学机制，概述了通过HTS技术合成的各种亚稳态微纳米材料，包括单金属、二元合金、多元高熵合金、金属化合物（如金属氧化物）和碳纳米材料等的结构和性质，并总结了上述材料在绿色催化和电池等领域的广泛应用。
超快合成技术制备单金属亚稳态微纳米材料
值得注意的是，HTS技术为微纳米材料结构工程的研究提供了一种新型动力学调控维度。采用超快非平衡热力学控制，HTS技术可以精准调控亚稳态微纳米材料的成核和生长过程。通过大幅度调控材料制备过程的冷却速率，保存其高温下的原子排布，实现亚稳态微纳米材料的稳定可控高通量制备。
超快合成技术制备亚稳态高熵合金材料
此外，该综述总结了HTS技术在可充电电池中的重要应用。相比于传统方法，通过调控反应体系参数，HTS技术能够实现亚稳态电池正极材料的快速合成，并有效调控其晶体结构、尺寸、表面和活性电子态。通过引入氧空位，优化金属原子的电子结构，提高其电导率，并在电化学反应中产生更多活性位点，促进电池循环性能。此外，结合人工智能，有望实现对新型正极材料的高通量筛选。
超快合成技术制备调控亚稳态化合物材料
在二维材料的结构调控中，HTS技术亦发挥着不可替代的作用。通过HTS技术，不仅可以从原子尺度修饰二维材料表面，制备缺陷相二维碳材料，而且能够实现过渡金属硫化物（TMD）如二硫化钼的晶相转变，即2H相向1T相的转变。超大尺寸二维材料不仅在新能源领域具有广泛应用，而且为冷冻电镜技术提供了突破技术瓶颈的有效策略，从而推动冷冻电镜技术在深入研究电催化反应和电池充放电机制等方面的应用。
最后，该文讨论了高通量HTS和液相HTS技术的发展，并分析了这两项新兴技术在能源及其相关领域的非平衡微纳制造中的潜在应用。通过开发高性能亚稳态催化剂的高通量制备与筛选工艺，结合冷冻电镜和同步辐射吸收谱技术等先进表征手段，可进一步揭示材料的构效关系，从而拓宽绿色低碳新能源亚稳态微纳米材料的发展道路。另一方面，液相HTS可突破传统加热方法的温度限制，反应容器温度高达数百摄氏度。通过液相媒介，可引入多种类型的还原剂或表面活性剂等，更有利于调控亚稳态微纳米材料的形貌、尺寸、晶相、电子结构等。相信这一新兴的超快合成研究领域将为微纳制造在基础研究和实际生产层面上带来新的机遇。
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