维度网讯，英国诺丁汉大学领导的国际研究团队在原子尺度实时观察到铂镍纳米颗粒的可逆金属分离现象，并验证了这种动态结构对电化学水分解制氢具有高催化活性。该团队制备了仅含数十个铂和镍原子的纳米颗粒，通过高分辨率电子显微镜发现，当两种金属分离并保持原子级界面时，催化剂对析氢反应的效率显著提升。

传统热力学认为，混合均匀的合金体系倾向于保持均匀状态，如同咖啡与牛奶混合后无法自发分离。然而，这项研究颠覆了预期。领导诺丁汉大学化学学院实验工作的Emerson Kohlrausch博士说：“最初，当我们在电子显微镜下观察铂镍纳米颗粒时，我们看到两种类型的原子混合在一起，正如人们所期望的合金那样。然而，仅几秒钟后，两种金属开始在我们眼前彼此分离。这是一个惊人的观察结果，因为它似乎违反了传统的热力学行为。”

该现象源自快速电子束将部分能量传递给样品原子，刺激原子在颗粒内重新排列，在铂镍金属间化合物中导致金属分离。一旦镍与铂分离，它就会从环境中获取氧原子，形成氧化物。诺丁汉大学纳米材料教授Andrei Khlobystov教授说：“这产生了由两半组成的纳米颗粒——铂金属和镍氧化物，由原子级定义的界面分隔。我们创造了新型杂化颗粒并实时观察它们的形成，这是前所未有的。”

为精确追踪每个原子位置，德国乌尔姆大学SALVE项目提供了独特显微镜。领导该项目的Ute Kaiser教授说：“创造能够跟踪每个原子位置的条件非常重要。为了实现这一点，我们使用了最薄的可能材料来支撑纳米颗粒——石墨烯片，并仔细控制了电子束能量和通量。”

值得注意的是，金属分离过程可逆且可重复——改变条件后金属可重新混合成合金。Emerson Kohlrausch博士说：“这些颗粒不像刚性固体物体那样行为，而是表现得像活生物体一样，对环境做出反应。这激励我们利用它们的动力学进行催化。”

在后续催化实验中，研究团队探索了铂镍颗粒通过电化学水分解制氢。诺丁汉大学化学学院Jesum Alves Fernandes博士说：“让这些颗粒如此有效的原因是分离后两种材料之间的合作。铂和镍氧化物在水分解中各自扮演不同角色，共享原子边界使它们之间能够实现终极合作。”协同效应使该材料成为最有效的水分解催化剂之一。

该研究由诺丁汉大学与伯明翰大学、钻石光源（Diamond Light Source）及德国乌尔姆大学合作完成，相关成果发表于《先进材料》（Advanced Materials）。除了制氢，这些发现可能对未来能源转换、化学制造和可持续工业过程的催化剂设计产生重要影响。

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