负载型催化剂是活性催化材料（例如金属）分散在固体载体材料（例如氧化铝、二氧化硅等）上的体系。这些催化剂广泛用于各种化学过程。有几种方法可用于制备负载型催化剂。其中，简单的浸渍方法特别适合工业环境。在该方法中，将金属前体和氧化物载体混合、干燥并通过在某些气体下的热处理进行结晶。采用浸渍法制备了各种高性能负载型催化剂。

然而，这种方法主要用于合成传统的单金属催化剂，其仅在特定的化学反应中表现良好。鉴于金属催化剂和氧化物载体材料的数量有限以及先进催化反应的不断增长，需要探索增强负载型催化剂的多样性和性能的新方法。金属合金化是实现这一目标的一种有前途的方法。随机合金化可以通过结合金属的不同特性来显着改变金属的结构和催化行为。然而，合金化金属具有挑战性，特别是对于不混溶的金属，需要复杂的方法。对于工业过程，需要更简单且更可扩展的方法。

由V体育先进陶瓷研究中心的西田吉秀助理教授领导的日本研究小组取得了突破性进展，成功地证明了不可还原氧化铝 (Al₂O₃）通过创新的气体开关触发还原方法。 “我们研究的一个关键想法是氧化物载体，如氧化铝，具有出色的耐热性，”西田解释道。 “这意味着金属前体可以在高温下稳定地固定在支撑物上。然后一个简单的气体开关就可以触发所有金属的同时还原，尽管它们不混溶，但它们会立即合金化。”

该团队包括来自九州大学的 TORIYAMA Takaaki 和 YAMAMOTO Tomokazu、来自名古屋大学的 SATO Katsutoshi 和 NAGOKA Katsutoshi 以及来自V体育的 HANEDA Masaaki。他们的研究发表于2025 年 8 月 15 日。

根据之前的研究，合金化不混溶金属的核心原理涉及所有金属阳离子的同时共还原。为了简化负载型催化剂的这一过程，研究人员通过气体开关触发的还原方法将其集成到浸渍过程中。在传统的浸渍中，只有氢气 (H₂)以还原金属阳离子。然而，这会导致连续还原，限制合金化。相比之下，新方法在初始温度升高期间从惰性气体（如氩气 (Ar)）开始。然后，在足够高的温度下，大约 600°C，Rh、Pd 和 Pt 都可以被还原，气体切换为 H₂，触发同时还原和合金化。利用该方法，研究人员成功制备了合金化的RhPdPt/Al₂O₃负载型催化剂，与等摩尔比的金属前体。

通过X射线吸收光谱（XAS），研究人员证实了所制备的催化剂中金属的合金化。相反，在使用传统浸渍制备的样品中，金属保留了其各自的特性，表明合金化不足。为了验证该方法的普适性，研究人员还制备了额外的催化剂：双金属 PdPt/Al₂O₃，三金属RhPdPt/SiO₂，以及 RhPdPt/Al₂O₃具有不同的金属成分。结果证实了普遍适用性，同时也强调了某些载体和金属成分下的潜在限制，研究人员解释说，可以通过优化工艺参数来克服这些限制。

值得注意的是，他们还观察到，使用气体开关触发还原方法合金化的金属在暴露于空气时容易氧化，从而可以重组颗粒。为了防止这种情况，研究人员建议在催化剂评估之前将其合并到预处理过程中，从而在不氧化的情况下原位形成合金。

制备的RhPdPt/Al₂O₃负载型催化剂在腈加氢中的催化性能比单金属催化剂高出 18 倍，令人印象深刻。此外，所提出的方法不需要任何专门的设备或程序，使其非常适合工业过程。

“这种由气体开关触发的还原方法简单、可扩展，并且有可能显着降低化学制造中的能耗，”NISHIDA 说道。 “这将导致我们日常生活中必需的化学品、药品和燃料的生产更加可持续。”

我们希望这种方法在工业中变得普遍，加速向更绿色、更高效的化学合成的转变。

参考

原始论文标题	通过浸渍法气体转换还原合成负载型不混溶纳米合金催化剂
期刊	催化科学与技术
DOI
最新文章发布日期	2025 年 8 月 15 日

关于日本V体育助理教授 NISHIDA Yoshihide

博士。西田义秀现任V体育先进陶瓷研究中心助理教授。 2018年获得大分大学硕士学位，2018年获得日本大分大学博士学位。 2021 年获得名古屋大学博士学位。他的研究兴趣包括多相催化剂、纳米材料、催化过程和资源化学等。迄今为止，他的文章已获得超过 430 次引用。

资金信息

这项工作得到了 JSPS KAKENHI 拨款号 JP21K20486 和 JP23K13604 以及 Naito Science & Engineering Foundation 的支持。

联系方式

西田吉秀副教授
网站：
电子邮件：nishidayoshihide [at] nitechacjp

＊联系时请将[at]替换为@。