京都大學的北川宏教授與信州大學的古山通久教授等人組成的研究團隊利用金、銀、鉑等8種貴金屬成功製作出了合金。這是利用使貴金屬離子化並相互混合的獨自方法實施的。經應答,這種合金在水生成氫的反應中,效率可達以往鉑觸媒的10倍以上。未來有望作爲高效觸媒應用,研究團隊計劃與大型貴金屬加工企業「Furuya金屬」合作進行量產。
混合8種貴金屬的奈米合金(圖片由京都大學提供)
混合不同金屬製作的合金在硬度和耐熱性等方面有時會具備原來的單一金屬所沒有的特性。人類幾千年前就開始製造由銅和錫形成的青銅,以及由銅和鎳形成的白銅等,用於製造武器、生活用品和貨幣等。
北川教授解釋說:「但是可以輕易製作出合金的金屬元素只是有限的幾個。」如果能將不相容的金屬製成合金,就有望創造出前所未有的劃時代材料。
研究團隊發現,將離子化的金屬溶於液體中並滴入高溫有機溶劑,離子會瞬間恢復爲原子並聚集,這樣就可以實施原子層面的混合。這種技術有可能以任意比例混合多種金屬元素。
研究團隊此次混合的物件爲貴金屬。稀有且不易被腐蝕的金、銀、鉑、鈀、銠、銥、釕、鋨8種金屬元素被稱爲貴金屬。
研究團隊首先混合催化性能較高的鉑和鈀等5種金屬元素製作了奈米(奈米爲10億分之1米)級別的合金。並將這種合金作爲觸媒,實施了電解水生成氫的實驗,反應效率達到單獨使用鉑的2倍。
之後研究團隊又製作了混合全部8種貴金屬的奈米合金。雖然新添加的鋨等3種元素作爲制氫觸媒的性能很低,但混合在一起後反應效率達到了鉑單體的10倍以上,5種貴金屬合金的4倍以上。
北川教授說:「可能是隨着周圍的元素種類增加,改變了原子的電子狀態,金和銀的特性發生了變化。」
在全球正加速推進去碳的背景下,氫作爲取代化石燃料的能源備受關注。
電解水的電極通常使用鉑。如果能用此次製作的合金取代鉑,還有望高效制氫。另外還有助於降低整體的成本。
混合多種元素製備的合金,還在作爲氣渦輪發動機和引擎等在高溫環境下使用的部件的材料也正在研發之中。
日文:三隅勇氣、《日經產業新聞》,2022/03/02
中文:JST客觀日本編輯部