近日，华中科技大学姚永刚教授、夏宝玉教授与武汉纺织大学徐卫林院士、万骏教授合作，在国际学术期刊Nature Synthesis发表题为“A seed-confined strategy to alloy immiscible systems for methanol oxidation”的研究论文。纺织新材料与先进加工全国重点实验室为第一署名单位。胡荣博士为论文第一作者，硕士毕业于武汉纺织大学。研究团队提出了一种基于热力学调控与种子限域的合金化新策略，突破了传统方法对金属元素相溶性的限制，为高性能合金电催化剂的精准设计与制备提供了新思路。
合金催化剂能够利用不同金属元素之间的电子结构调控与功能协同，显著改善电催化反应性能，在能源转化领域具有重要应用前景。然而，传统合金制备受到热力学相溶性限制，尤其对于钨（W）和铋（Bi）等具有较大正混合焓的金属组合，极易发生相分离，难以形成均匀稳定的合金结构。例如，W-Bi体系的混合焓高达+45 kJ mol⁻¹，常规高温合成、高熵合金化及液态金属辅助方法均面临组成复杂、颗粒团聚或元素分离等问题。因此，如何突破金属元素之间的热力学不相溶限制，实现组成可控、结构均匀且具有优异催化性能的纳米合金制备，是先进合金材料研究的重要挑战。
图 SCA策略的热力学种子选择和结构实现
针对这一难题，研究团队创新性地提出了种子限域合金化策略，通过热力学筛选铂（Pt）种子，并结合载体表面预锚定与合金形成路径调控，成功实现了难相溶W-Bi体系的均匀纳米合金化。所制备的WBi-Pt合金催化剂粒径仅约3.6 nm，在甲醇氧化反应中的峰值质量活性达到13.41 A mgPt⁻¹，约为商业Pt/C催化剂的7.1倍，经过5000次循环后仍保持94.1%的初始活性。进一步研究揭示了Pt、W和Bi在甲醇活化、含氧物种吸附及抗CO中毒过程中的协同催化机制。该成果不仅实现了高活性、高稳定性甲醇氧化催化剂的制备，更建立了面向难相溶金属体系的合金设计新方法，为先进能源催化材料的开发提供了重要科学依据。
论文链接：https://doi.org/10.1038/s44160-026-01200-7
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