宏观块材FePt合金是一种著名的高性能永磁材料。

• 卓越的硬磁性能: 化学计量比接近1:1的FePt合金在形成有序的L1₀相后，具有极高的磁晶各向异性能、高矫顽力和高饱和磁化强度，是性能优异的永磁材料。
• 高化学稳定性: 铂的引入使得FePt合金具有比纯铁高得多的抗氧化和抗腐蚀能力。

当FePt的尺寸缩小到纳米尺度时，其磁学性质与晶体结构紧密相关，展现出独特的相变行为。

• 相变决定的磁性: 这是FePt纳米颗粒最核心、最重要的特性。
  • 化学合成态 (A1相): 通过化学方法合成的FePt纳米颗粒，其内部的Fe和Pt原子是随机排列的，形成化学无序的面心立方（FCC, A1）结构。这种结构的纳米颗粒在室温下是软磁性或超顺磁性的。
  • 热处理有序化 (L1₀相): 为了获得硬磁性，必须对A1相的纳米颗粒进行高温退火（通常>550 °C）。在高温下，Fe和Pt原子会发生扩散和重排，形成Fe原子层和Pt原子层交替排列的、化学有序的面心四方（FCT, L1₀）结构。
• L1₀相的超强磁性: L1₀相的FePt纳米颗粒具有极高的磁晶各向异性能，使其能够在极小的尺寸下（超高密度磁记录介质（如热辅助磁记录HAMR）和纳米级永磁体的最有希望的候选材料。

对于FePt合金纳米颗粒，其性能优化的核心挑战是降低L1₀相的有序化转变温度。通过引入第三种金属形成三元合金是实现这一目标的主要策略。

目标: 将第三种金属原子（如Cu, Ag, Au, Sb, Bi）掺入FePt的晶格中，形成三元合金纳米颗粒，以促进其向L1₀相的转变。

• 降低有序化温度: 高温退火（>550 °C）是获得硬磁性L1₀相的必要步骤，但这会导致纳米颗粒发生严重的团聚和烧结，使其失去纳米特性。引入第三种金属元素（特别是铜Cu）可以有效地降低Fe和Pt原子的扩散能垒，从而在更低的温度下（如~400 °C）实现向L1₀相的转变，这对于保持纳米颗粒的分散性至关重要。
• 调控磁性: 引入第三种磁性（如Co）或非磁性（如Au）金属，也可以用来精细地调控合金的饱和磁化强度和矫顽力等磁学性能。

FePt合金纳米颗粒作为一种铂基双金属催化剂，在电催化领域，特别是燃料电池技术中，展现出比纯铂催化剂更优异的性能。

这是FePt纳米催化剂最重要的应用，是提高质子交换膜燃料电池（PEMFC）效率和降低成本的关键。

• 协同催化效应:
  • 配体效应: 铁原子的引入会改变铂原子的d带电子结构，削弱其对含氧中间体（如OH*）的吸附能。在ORR中，Pt-OH*的脱附是速控步骤之一，因此削弱其吸附能可以极大地提高催化活性。
  • 应变效应: 铁原子比铂原子小，会导致铂晶格产生压缩应变。这种应变同样会改变铂的d带中心，从而优化其催化性能。
• 核心优势: FePt合金纳米颗粒（特别是L1₀有序相）是目前已知的质量活性和面积比活性最高的ORR催化剂之一，其性能远超美国能源部（DOE）制定的商业化目标，是下一代燃料电池阴极催化剂的理想选择。同时，铁的引入也显著降低了催化剂的成本。

铁铂合金纳米颗粒（FePt NPs）独特的超顺磁性/铁磁性，使其在磁共振成像（MRI）领域具有重要的应用潜力。

超顺磁性纳米颗粒可以显著影响其周围水分子的质子弛豫时间，从而增强MRI图像的对比度。

• T₂造影剂: 超顺磁性的A1相FePt纳米颗粒能够极大地缩短质子的横向弛豫时间（T₂），导致信号强度显著降低，从而在T₂加权图像上产生负性（变暗）的对比度增强效果。
• 优势: 相比于临床上常用的超顺磁性氧化铁（SPIOs），FePt纳米颗粒具有更高的饱和磁化强度，因此有潜力成为一种更高灵敏度（具有更高r₂弛豫率）的T₂造影剂。

利用其磁性，FePt NPs可以作为磁性标签，用于生物分子的分离、富集和检测。

铁铂合金纳米颗粒（FePt NPs）在治疗领域的核心应用是基于其独特的磁学性质，用于磁感应热疗（磁热疗）和磁靶向药物递送。

这是一种利用磁性纳米颗粒在交变磁场中产热来烧蚀癌细胞的物理治疗方法。

• 原理:
  1. 将FePt纳米颗粒（通常是超顺磁性的A1相或具有合适矫顽力的L1₀相）通过静脉注射，使其在肿瘤部位富集。
  2. 将患者置于一个产生高频交变磁场（AMF）的设备中。
  3. 肿瘤内的FePt纳米颗粒通过尼尔/布朗弛豫或磁滞损耗的方式，高效地将电磁能转化为热量。
  4. 产生的热量使肿瘤局部温度快速升高至42°C以上，从而选择性地、精准地烧蚀癌细胞。
• 优势: FePt纳米颗粒的高饱和磁化强度和高磁晶各向异性（L1₀相），使其成为一种极其高效的磁热疗试剂。

利用其磁性，可以实现药物的靶向富集。

• 原理: 将化疗药物负载在FePt纳米颗粒的表面。静脉注射后，在肿瘤部位施加一个外部的强磁场梯度，可以将载药的FePt纳米颗粒“捕获”并富集在肿瘤区域，从而提高局部药物浓度，降低全身毒副作用。

铁铂合金纳米颗粒（FePt NPs）的生物安全性是一个需要重点关注的问题，其毒性主要来自于两种组分离子的协同释放。

• 核心毒性机制: FePt NPs对哺乳动物细胞的毒性，主要来自于其在生理环境中（特别是在酸性的溶酶体中）缓慢氧化溶解并释放出的铁离子（Fe²⁺/Fe³⁺）和铂离子（Pt²⁺/Pt⁴⁺）。
• 协同毒性:
  • 铁离子: 过量的铁离子可以通过类芬顿反应催化产生剧毒的羟基自由基（•OH），引发剧烈的氧化应激。
  • 铂离子: 铂离子及其络合物具有已知的细胞毒性、肾毒性和致敏性。

通过表面工程，在FePt纳米颗粒表面包覆一层致密的、生物相容的保护壳（如金、二氧化硅、石墨烯），是隔绝其与生物环境接触、阻止离子释放、从而降低其毒性的最有效策略。

高质量、尺寸和组分均一的铁铂合金纳米颗粒的合成，主要依赖于在高温有机溶剂中的共还原或热分解。

这是制备高质量、单分散FePt纳米颗粒最常用的方法。

• 原理: 在高温（~200-300 °C）、高沸点的有机溶剂（如油胺、油酸、二苯醚）中，在惰性气氛保护下，同时热分解有机金属铁前驱体（最常用的是五羰基铁, Fe(CO)₅）和铂前驱体（最常用的是乙酰丙酮铂, Pt(acac)₂）。
  • 稳定剂/形貌控制剂: 油胺（OAm）和油酸（OA）等长链有机分子既作为溶剂，又作为稳定剂，包裹在生成的FePt纳米颗粒表面，控制其尺寸和形貌，并防止其氧化和团聚。
• 优势: 这种方法可以制备出尺寸极其均一（尺寸分布 A1相。

为了获得硬磁性，必须对合成的A1相FePt纳米颗粒进行后处理。

• 原理: 将负载在基底上的A1相FePt纳米颗粒在高温（通常>550 °C）、还原性气氛（如H₂/Ar）中进行热退火。在高温下，Fe和Pt原子发生扩散重排，形成化学有序的L1₀相。
• 挑战: 高温退火极易导致纳米颗粒的团聚和烧结，这是该领域面临的最大挑战。

对铁铂合金纳米颗粒（FePt NPs）的精确表征是评估其磁学和催化性能的关键。对其磁学性质和晶体结构的表征尤为重要。

• 磁滞回线: 使用振动样品磁强计（VSM）或超导量子干涉仪（SQUID）测量样品的磁滞回线，是表征其磁学性能的金标准。
  • 饱和磁化强度 (Ms): 反映了材料的本征磁性强度。
  • 剩磁 (Mr) 和 矫顽力 (Hc): 矫顽力（Hc）是区分软磁/超顺磁性（Hc接近于零）和硬磁性（高Hc，可达数特斯拉）的最核心参数。

• 形貌与尺寸: 透射电子显微镜 (TEM) 是直接观察FePt NPs尺寸、形貌和分散性的金标准。
• 晶体结构与有序度: X射线衍射 (XRD) 是区分A1相和L1₀相的最关键技术。与A1相的FCC结构相比，L1₀相的FCT结构由于有序化，会出现额外的超晶格衍射峰（如(001), (110)）。通过超晶格峰与基线峰的强度比，可以半定量地计算其化学有序度。
• 元素组成与分布: 配备有能量色散X射线谱(EDX)的透射电子显微镜 (TEM-EDX) 可用于确认其元素组成和分布的均匀性。

铁铂合金纳米颗粒的表面工程是其实现稳定和安全应用的前提，其核心任务有两个：防止氧化/腐蚀和提高生物相容性。

在FePt纳米颗粒表面包覆一层致密的、能够隔绝氧气和生物环境的保护壳，是解决其氧化和毒性问题的最有效策略。

• 贵金属包覆: 在FePt核表面包覆一层薄薄的金（Au）或铂（Pt）壳，可以有效地保护其不被氧化，同时赋予其贵金属的光学或催化特性。
• 碳/石墨烯包覆: 通过化学气相沉积或水热法，在FePt纳米颗粒表面包覆一层石墨烯或非晶碳。这层碳壳不仅能提供优异的化学保护，而且本身导电、生物相容性好。
• 二氧化硅包覆: 通过Stöber法等技术包覆一层二氧化硅（SiO₂），可以在提供化学保护的同时，赋予其易于功能化的表面，用于连接生物分子。

• 聚乙二醇化 (PEGylation): 这是用于生物医学应用最重要的表面修饰。通过配体交换或在保护壳（如SiO₂）表面接枝，将聚乙二醇（PEG）链连接到FePt NPs表面，可以极大地提高其在生理环境中的稳定性和生物相容性，实现长循环。