藤田武教授的研究小组利用反演分析成功开发出多元素纳米多孔催化剂

科学与工程藤田武教授来自同一所学校 Bolar Saikat 助理教授与筑波大学数学与材料系副教授伊藤良一合作，成功开发出耐酸多元素纳米多孔催化剂。

由多种元素制成的纳米合金和氧化物催化剂具有高活性和优异的耐久性的催化功能，有望作为固体聚合物（PEM）水电解催化剂投入实际应用，特别是在酸溶液中。多元催化剂不仅降低了贵金属含量和成本，而且显着提高了催化剂的耐用性。此外，据报道，引入纳米孔结构可以增加比表面积并提高催化活性；然而，在强酸环境下，催化剂会溶解，表面结构发生变化，导致失活。另外，由于元素的组合有无数种，因此很难选择最佳的元素组合。

在选择最佳元素组合时，藤田教授和他的同事们重点研究了一种称为“逆分析”的分析方法。该方法通过观察系统的输出和对特定输入的响应来确定系统的未知参数和特性。传统的直接分析是根据已知参数预测结果，但它是根据观测结果推断基本参数和特性。

本研究中，通过逆向分析，我们将含有23种元素的超级多元纳米多孔合金（HEA23）长时间置于强酸溶液中，对未溶解的材料中所含元素进行分析，发现Al、Au、Ir、Nb、Pt、Rh、Ru、古天乐太阳娱乐集团tyc493官方网站（HEA8）8种成分幸存下来，构成了耐酸材料纳米多孔催化剂。这种 HEA8 在酸性介质中的析氢和析氧反应中表现出高催化活性和电化学稳定性，并且优于市售的氧化铂和氧化铱催化剂。

图1 8元纳米多孔催化剂的X射线映射图像
　　使用电子显微镜的X射线分析功能调查各元素的分布的结果。可以证实元素是均匀分布的。

图 2 所开发材料（HEA8 双极）和市售铂//氧化铱在 2 V 外加电压下获得的计时电流曲线
30小时后，铂/铱氧化物因使用而下降至70%，但开发的材料（HEA8）仍保持91%。

本次发现的耐酸多元纳米多孔催化剂（HEA8）采用脱合金法制成，由铝前体合金（Al₉₃金₁红外₁NB₁铂₁Rh₁茹₁塔₁at%)浸入碱性溶液（05M氢氧化钠溶液）中即可形成，易于大规模生产。未来，通过进一步发展这种逆分析，我们希望开发出能够承受各种使用环境的催化剂。

该结果发表在 2024 年 11 月 15 日的《材料化学杂志 A》上。

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[术语]
注)超级多元纳米多孔合金
与普通合金不同，它是一种“高熵合金（HEA）”，均匀含有10多种不同元素，并且还具有纳米级的孔隙结构。

已发表的论文

标题：逆分析引导开发耐酸纳米多孔高熵合金催化剂，以增强水分解性能。
作者：Saikat Bolar、Chunyu Yuan、Samuel Jeong、Yoshikazu Ito 和古天乐太阳娱乐集团tyc493官方网站keshi Fuji古天乐太阳娱乐集团tyc493官方网站
发表于：材料化学杂志 A
发布日期：2024 年 11 月 15 日
DOI：https://doiorg/101039/D4古天乐太阳娱乐集团tyc493官方网站05756B

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