维度网讯，德国马克斯·普朗克可持续材料研究所（MPI-SusMat）的研究团队发现，在氢基金属生产中添加特定金属氧化物作为催化前驱体，可使还原动力学相比无催化剂过程提高一倍，并减少能源使用。

钢铁和金属生产是温室气体排放的主要来源之一，约占全球二氧化碳排放量的10%。氢基金属生产提供了一种无二氧化碳替代方案，可将还原、合金化和微观结构设计整合为单一生产步骤。不过，金属矿石在800°C以下温度下还原动力学较慢，阻碍了该技术的广泛采用。MPI-SusMat团队此前已证明，氢基还原工艺能将传统三步生产流程合并为一步。该团队最新研究发现，在铁矿石氢基还原为铁镍合金的过程中添加氧化镍，可增强这一过程。氧化镍被共还原，形成纳米多孔镍作为瞬态相，后者成为氧化铁还原的高活性催化剂前驱体。原子探针断层扫描结合透射电子显微镜显示，当氧化镍迅速还原为多孔金属镍时，它们与邻近的铁氧化物结合并形成界面。氢气在界面处与镍作用，被分解为高反应性氢原子，这些原子随后迁移至相邻铁氧化物表面，这一过程称为氢溢流，从而加速还原反应。还原可在低至300°C的温度下启动，远低于氢气的燃点。生成的含镍合金是重要的母合金，广泛用于304和316不锈钢，以及用于汽车、能源和医疗领域的高强度钢和低温钢。

研究人员指出，虽然其他过渡金属氧化物尚未系统评估，但具有相似性质的元素如钴，预计会表现出类似催化行为。氧化物如TiO2虽不易被还原，但可能通过提供活性表面途径促进氢溢流。该研究结果表明，合金形成和还原可同时进行，而非传统还原后相互扩散的序列。这种由金属氧化物催化剂增强的过程耦合，可实现更低的还原温度、更短的处理时间和更低的能耗，为铁镍母合金生产开辟了一条可持续的一步路线。在MPI-SusMat，可持续金属和合金生产正在结合实验与理论方法进行探索。对这些耦合机制的深入理解，对于指导下一代更可持续、更具成本效益的还原技术发展至关重要。该研究成果已发表在《自然·合成》（Nature Synthesis）期刊上，论文第一作者为MPI-SusMat博士后研究员Xinren Chen博士，通讯作者为MPI-SusMat董事总经理Dierk Raabe教授。

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