超多元素催化剂突破性创造后的全能催化剂实现

纳米多孔超多元素催化剂

纳米多孔超多元素催化剂促进水从水分裂为氢和氧。信贷:Fujita武

简单地创造一个超级多元素催化剂,均匀地包含14个元素。

日本一个研究小组成功开发出“纳米多孔超多元素催化剂”[1]包含14个元素[2]它们在原子水平上被均匀地混合,用作催化剂。一个熵值合金由10个或更多的元素组成的催化剂可以表现出“全能和多功能性”,能够自由地修改其形态,并根据反应场变得活跃。然而,到目前为止,由10种以上元素组成的熵合金还不是很容易制造出来的。原因是一些难以混合的元素组合的存在,比如水和油。

由高知工业大学环境科学与工程学院副教授蔡泽兴、藤田武(Takeshi Fujita)教授和材料科学与工程学院宫内正弘(Masahiro Miyauchi)教授领导的联合研究小组,东京工业大学通过一种叫做脱合金化的方法开发了一种“纳米多孔超多元素催化剂”[3]通过选择腐蚀和特定元素从合金中析出。制备方法简单:制备含14个元素的铝合金,并通过碱性溶液优先溶解铝制备纳米多孔超多元素催化剂。已经发现,通过使用这种方法,在创建一个纳米多孔结构和大的比表面积(每单位质量的物质表面积)孔隙大小约5纳米,除了铝元素,不溶于碱性溶液聚合的形式积累固溶体合金[4]14种元素在原子水平上均匀分布。

纳米多孔超多元素催化剂的简单制备

以含14种元素的铝合金为原料,用NaOH等碱性溶液脱合金,制备纳米多孔超多元素催化剂。信贷:Fujita武

此外,由于多元素叠加效应(鸡尾酒效应),纳米多孔超多元素催化剂作为电解水电极材料表现出了优异的性能。[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一种全能、多功能的催化剂。

这项研究是在JST的战略基础研究项目CREST(团队型)下进行的,研究领域是:“利用各种自然碳资源的创新催化剂和创造技术。”

解释的术语

1.纳米多孔超多元素催化剂

一种催化剂,其中至少10个元素均匀分布在海绵结构(包含纳米孔的多孔结构)中,其中纳米孔是随机连接的。

2.14个元素

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.De-alloying

一种从合金中选择性地腐蚀和洗脱特定元素的方法。又称选择性腐蚀。

4.固溶体合金

一种合金,其中两种或两种以上的元素相互熔化,形成统一的固相。

5.多元素叠加效应(鸡尾酒效应)

由各组成原子之间的非线性相互作用而产生的一种特征的表现。它有望显示出迄今为止传统合金催化剂所不存在的特殊而杰出的催化性能。

参考文献:“用于劈水电催化的含14种元素的纳米多孔超高熵合金”,作者:泽星Cai, Hiromi Goou, Yoshikazu Ito, Tomoharu Tokunaga, Masahiro Miyauchi, Hideki Abe and Takeshi Fujita, 2021年8月20日,化学科学
DOI: 10.1039 / D1SC01981C

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