超多元催化剂突破后万能催化剂的实现

一种含有14种元素的超多元催化剂的简单合成。

日本的一个研究小组成功地开发了一种“纳米孔超多元催化剂”。[1]包含14个元素[2]它们在原子水平上被均匀地混合并用作催化剂。高熵合金由10种或10种以上元素组成的催化剂可以发挥“万能性和通用性”的作用，能够自由地改变其形态，并根据反应场而具有活性。然而，到目前为止，由10多个元素组成的熵合金的制备并不容易。原因是存在一些很难混合的元素的组合，如水和油。

由高知科技大学环境科学与工程学院研究员蔡泽星、藤田武教授和东京理工大学材料科学与工程学院宫口正一郎教授领导的一个联合研究小组，通过一种叫做去合金化的方法，开发出了一种“纳米孔超多元催化剂”。[3]通过特定元素的选择性腐蚀和从合金中排出。制备方法简单：制备了含14种元素的铝合金，采用碱性溶液优先溶解铝制备了纳米孔超多元催化剂。研究发现，在用这种方法制备孔径约为5纳米的大比表面积(单位质量比表面积)的纳米孔结构时，不溶于碱性溶液的铝以外的元素以固溶体合金的形式聚集在一起。[4]14种元素在原子水平上均匀分布。

以含14种元素的Al合金为原料，用NaOH等碱性溶液脱合金，制备出纳米孔超多元催化剂。信贷：藤田武喜(Takeshi Fujita)

此外，由于多元素叠加效应(鸡尾酒效应)，纳米孔超多元催化剂作为水电解电极材料表现出优异的性能。[5]。由于该催化剂含有多种不同的元素，有望在未来发展成为万能、通用的催化剂。

这项研究是在JST的战略基础研究项目CAREST(团队型)的研究领域：“创新催化剂和创造技术，以利用不同的天然碳资源。”

术语解释

1.纳米孔超多元催化剂

一种催化剂，其中至少10个元素均匀分布在海绵结构(包括纳米孔的多孔结构)中，其中纳米孔径随机连接在海绵结构中。

2.14项要素

铝(Al)、银(Ag)、金(Au)、钴(Co)、铜(Cu)、铁(Fe)、铱(Ir)、钼(Mo)、镍(Ni)、钯(Pd)、铂(Pt)、铑(Rh)、钌(Ru)、钛(Ti)。

3.去合金化

一种从合金中选择性地腐蚀和洗脱特定元素的方法。这也被称为选择性腐蚀。

4.固溶体合金

一种合金，其中两个或多个元素相互熔化，形成均匀的固相。

5.多元叠加效应(鸡尾酒效应)

由于各种组成原子之间的非线性相互作用而产生的特征特征的表现。它有望在常规合金催化剂中揭示出迄今为止尚不存在的特殊和优异的催化性能。