不同于具有高度長(zhǎng)程有序原子堆積結(jié)構(gòu)的晶體合金，金屬玻璃(MGs)或非晶合金中的原子排列形式目前尚不明確。最近，MGs在催化科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)取得了明顯的進(jìn)展，催化效率高于結(jié)晶催化劑。值得注意的是，目前尚無文獻(xiàn)報(bào)道向MG中引入晶體并對(duì)其催化行為進(jìn)行研究，這一思路通常被視為阻礙催其化性能的提高。實(shí)際上，晶體在催化領(lǐng)域中具有許多優(yōu)勢(shì)(如晶體結(jié)構(gòu)可控、表面和界面結(jié)構(gòu)可調(diào)等)。然而，MGs的松弛行為和進(jìn)一步結(jié)晶的產(chǎn)物尚未得到系統(tǒng)研究，其機(jī)理仍不清楚。

       近日，澳大利亞埃迪斯科文大學(xué)張來昌教授、山東大學(xué)王偉民教授(共同通訊作者)等研究發(fā)現(xiàn)鐵基MG中的優(yōu)異催化性能在煅燒過程中首先受到了部分結(jié)晶的不利影響，但在完全結(jié)晶后催化性能得到恢復(fù)再生，并在Adv. Mater.上發(fā)表了題為“Compelling Rejuvenated Catalytic Performance in Metallic Glasses”的研究論文。進(jìn)一步的研究表明，在完全結(jié)晶的合金中具有電勢(shì)差的多相金屬間化合物促進(jìn)了原電池的形成。更重要的是，由于晶粒生長(zhǎng)而大大減少的晶界極大地削弱了電子捕獲并促進(jìn)了內(nèi)電子傳輸。金屬間化合物中相對(duì)均勻的晶界腐蝕有助于反應(yīng)后晶相易于分離，導(dǎo)致表面活性位點(diǎn)的更新，從而快速活化過氧化氫并快速降解有機(jī)污染物。該工作中對(duì)MG晶化衍生物中催化機(jī)理的探索為革新新型催化劑提供了重要的參考。

       綜上所述，作者通過對(duì)退火處理后可比較的兩種鐵基金屬玻璃(Fe78Si9B13和Fe73.5Si13.5B9Cu1Nb3)的結(jié)構(gòu)和表面產(chǎn)生的系統(tǒng)研究，發(fā)現(xiàn)金屬間化合物形成自發(fā)原電池是完全結(jié)晶MGs帶中催化行為再生的重要原因。進(jìn)一步的研究表明，伴隨晶界大幅減少的晶粒生長(zhǎng)決定了快速的電子轉(zhuǎn)移，從而加快H2O2的活化速率，在其他鐵基金屬玻璃中也發(fā)現(xiàn)了相關(guān)現(xiàn)象。這一發(fā)現(xiàn)證明了MG與完全晶化的對(duì)應(yīng)物之間的獨(dú)特催化機(jī)制。由于并非所有材料存在非晶態(tài)，因此通過控制晶粒尺寸、晶界和電位差相可作為一種開發(fā)新型晶化催化劑的有效方法。

再利用的Fe78Si9B13和Fe73.5Si13.5B9Cu1Nb3帶的本征催化性能：

a) Fe-A900帶五次循環(huán)與Fe-AR帶的比較，內(nèi)插為降解10 min時(shí)的鐵浸出濃度；

b) FeCu-A950帶五次循環(huán)與FeCu-AR帶的比較，內(nèi)插為降解30 min時(shí)的鐵浸出濃度；

c-e) 首次、第二次和第五次降解MB后Fe-A900帶的SEM圖像；

f-h) 首次、第二次和第五次降解MB后FeCu-A950帶的SEM圖像。

煅燒過程中的結(jié)構(gòu)和表面演變以及Fenton反應(yīng)路徑：

煅燒過程中的結(jié)構(gòu)和表面演化以及Fenton反應(yīng)路徑示意圖。