五种金属混合造出均匀纳米晶体，有望助力氢能未来

金色港湾资讯网 2026-05-11 文末可点击分享

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1911年，荷兰物理学家卡末林·昂内斯在测试水银电阻时，意外发现当温度降至零下269℃时，电阻突然消失——他遇到了“超导”。但此后近百年，科学家都在苦苦寻找能在常温下工作的超导材料。这种从混乱中发现规律、从意外中收获突破的过程，如今在纳米材料领域再次上演。

一次反直觉的科学发现

2026年5月，美国斯坦福大学和韩国科学技术院联合团队，在《科学》杂志上发表了一项颇为令人惊讶的研究成果，他们进行了尝试，把五种不同金属混合制成纳米晶体，结果发现，金属种类越多，颗粒却反而越均匀，这一发现完全颠覆了传统认知，即“金属越多、越混乱”。

做研究的团队挑选了钌充当基础金属，它是一种价格高昂然而催化活性颇高的材料。之后他们依照顺序加入铁、钴、镍、铜这四种更为廉价、更为常见的金属。刚开始的时候如同预先期望的那般，当两种或者三种金属混合在一起之时，晶体结构呈现出一片混乱的状况，不能形成稳定的形态句号。

铜元素成为秩序的关键

金属种类增至五种之际，奇迹降临了。于31种可能的组合内，有一种单一均匀的五金属纳米晶体出现了，所有元素颗粒皆维持着稳定的比例。团队深入研究后发觉，铜是解开这场“从混乱到有序”之谜的关键角色。

在四种廉价金属里头，铜有着最易于被还原成为金属态的特性，它会率先在钌种子颗粒之上进行沉积，其既不会跟钌有所混合，也不会与钌发生反应，而是去形成一种“异二聚体”的并肩结构，进而充当起后续生长的稳定支架，这个发现致使研究实验团队感到非常意外。

洋葱结构自发形成

五种金属混合造出均匀纳米晶体，有望助力氢能未来(图1)

铜钌结构形成以后，会发出化学方面的“邀请”，钴会主动去亲近钌，相比之下镍更倾向于跟铜相结合。最难被还原的铁最后进行沉积，包裹在最外面的那一层。最终成长为一个类似洋葱的分层颗粒，核心部分是钌，旁边矗立着铜，钴跟镍构成中间的壳层，外表富集着铁元素。

整个进程全然自行达成，不需要外在介入。斯坦福大学材料科学与工程系的教授讲，这种自行组装的举动在金属体系当中呈现得格外出色，给未来去设计更为繁杂的纳米材料给出了崭新的想法。

氢能储运迎来破局者

氢能产业发展受制约的瓶颈在于氢气的储存与运输。当前主流解决办法是让氢气跟氮气反应合成氨，氨便于液化运输。抵达目的地后，经催化反应把氨分解成氢气和氮气，然而氨分解通常要超600℃的高温，这对催化剂是极大考验。

测试得出的数据表明，这种由五种金属制成的纳米晶体，其催化反应的速率，相较于当下工业里经常会用到的被当作标准的钌催化剂来说，要高上四倍。更让人感到兴奋激动的是，在温度达到900℃的高温环境下，它持续工作长达12个小时过后，性能几乎不存在衰减的情况，然而单金属钌催化剂在这个时候已然严重老化，失去效能了。