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Solid–solid catalysis for sustainable alloy synthesis

delete2026-06-08
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OA
AI
X
Xinren Chen
B
Baptiste Bienvenu
T
Tingting Yang
B
Baptiste Gault
S
Shaolou Wei *
X
Xuyang Zhou *
D
Dierk Raabe *
DOI：10.1038/s44160-026-01086-5delete
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摘要

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金属生产造成全球10%的温室气体排放，大多数金属通过基于化石的火法冶金（包括熔炼）从氧化物矿石中提取。固态氢驱动还原不仅是一种可持续的替代方案，还可以在一个单一过程中整合还原、混合氧化物的原位合金化以及微观结构设计。在氢与Fe2O3–NiO混合物的共还原过程中，我们报道了一种预还原金属（Ni）和瞬态氧化物（FeO）之间的独特固-固催化相互作用。这种相互作用将基于氢的还原速率提高了至少两倍，突显了其改善基于氢的直接还原炼铁和合金生产中还原动力学的重要性。具体而言，在氢驱动的Fe2O3和NiO共还原过程中，Ni在金属-氧化物界面处发生分配，由界面动力学驱动，在此过程中结构重组持续再生促进H2溢流的催化位点。这些发现表明，基于氢的合金生产不仅比基于化石的工艺更可持续，还能通过固-固催化效应获得动力学和商业优势。本研究揭示了氧化物混合物氢基还原的固-固催化效应。该效应提高了反应速率，并通过在一个单一过程中整合还原和合金化，实现了可持续的母合金生产。
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