从物质层面，如果说人类从猿人快速进化为智人，是因为掌握了火。那么从智人快速过渡为现代人，是因为掌握了合金。
《尸子》云：“燧人上观星辰，下察五木以为火。”燧人氏生于商丘，葬于商丘。
合金使社会生产能力极大提高，遂产生了真正意义的国家、军事，诞生了文王、周公等一批优秀的人才和他们先进的思想，使人们有了华夏民族的文化认同感。
收藏于陕西省宝鸡市中国青铜器博物馆的国宝“和尊”。和尊上的铭文“中国”是最早有关中国的记载，记述了成王继承武王遗志，营建东都成周（洛阳）之事。也让还政于成王的周公为万世表率。周公致政三年之后，在丰京（现西咸新区创新港所在地）养老，不久得了重病，死前说：“我死之后一定葬在成周，示意给天要臣服于成王。”
中国古代不乏欧冶子这样的合金铸造大师。经过他的长期研究，萌生了用具有“灵气”的血液铸剑的朴素而大胆的合金制备理论。
左图：欧冶子铸剑。右图：干将莫邪。《吴越春秋·阖闾内传》：干将者吴人，造剑二枚，一曰干将，二曰莫邪。莫邪者，干将之妻（欧冶子之女）也。干将曰：“吾师之作冶也，金铁之类不销，夫妻俱入冶炉之中”。莫邪曰：“先师亲烁身以成物，妾何难也”。于是干将夫妻乃断发揃爪，投之炉中，使童女三百，鼓橐装炭，金铁乃濡，遂以成剑。
合金制备理论一直以来都是人类孜孜以求的圣杯。随着 19 世纪到 20 世纪相平衡理论和合金相图的逐步建立，人类才对合金制备有了更加科学的认识。而欧冶子所提倡的具有灵气的人体其实仅是起到了掺碳和升温的作用。
上图为铁-碳（Fe-C）相图。随着 C 的掺入（横坐标向右），绿色液相区的融点逐渐降低。即解释了欧冶子以人铸剑的方法，在古代炉温较低的时候也能还原和融化铁矿石的原因。紫色区域称为奥氏体相，为面心立方最密堆积结构的（fcc-）Fe-C 固溶体合金相，对 C 的溶解度最大。从液相区溶解铁矿石开始，到以纯组分进入奥氏体相，被现代冶金学认为是获得高性能合金钢的关键。
该图为连续冷却转变（CCT）图。若以奥氏体相为起始状态，通过不同的降温速率（图中绿色曲线）冷却，会得到不同的组成的合金。曲线经过不同的区域的长度，代表了最终产物合金中不同相的相对组成比。如果从奥氏体相以足够快的冷却速率直接进入马氏体区，可以得到兼具强度和压延性的纯马氏体高性能合金钢。
通过利用现代合金制备理论，合成相图上不存在的马氏体相合金，一直以来被认为是一种典型的非平衡合成方法。而伟大的欧冶子大师在两千多年前，凭着惊人的、朴素的理论思考，找到了这隐藏在无穷多种金相的最终产物的深海里的一颗明珠。
于是，我们产生一个显而易见的问题，我们能合成全世界所有的合金吗？
然而，遗憾的是，目前该理论存在着致命的漏洞——该理论无法解决两种体系：
不存在如 Fe-C 合金例中奥氏体固溶体相的体系，例如 Cu-Ag
不存在液相互溶区的体系，例如 Fe-Cu
究其原因，该理论仍然建立在第一个状态为平衡态的基础上，不是真正的非平衡合成。为此，我们必须要提出一种更加彻底的非平衡合金合成理论。为了证明该理论的有效性，我们找到了所有二元合金中最困难的体系——相图中完全没有混溶区的 Cu-Ru 合金。
我们认为，如果为了打破相图，就要彻底脱离相图。转而从金属原子间结合能大小（横轴）的变化对体系总能量（纵轴）的影响思考。既然液态金属不能相溶，就把它们的金属前驱体在溶剂中相溶。如果能通过合适的方法，将它们同时还原，形成溶液中原子粥一般的极不稳定状态，则会第一时间聚集成均匀的合金簇。而合金簇也不稳定，会进一步聚集为亚稳态的固溶体合金，实现动力学调控的非平衡合成。
那么问题的关键就是，到底如何做到同时还原。如果我们分别测试不同 Cu、Ru 前驱体的还原时间，那么就有可能找到两种还原速率接近甚至相同的前驱体组合。通过反应时间测试（具体方法详见文章）我们发现 Ru(acac)3 与 Cu(OAc)2 一水合物具有极为相近的反应时间。
理解还原速率的影响因素，我们应分析还原的具体发生过程，即金属配合物与多元醇分子发生的有机反应。有机物若要与被配体包裹的金属离子中心发生有效碰撞，足够大的速率和合适的角度是必要条件。因此改变金属前驱体的配体空间位阻大小是最有效的调控还原速率的方法。由于 Ru(acac)3 与 Cu(OAc)2 一水合物具有相似程度的空间位阻，因而它们具有相近的反应时间。
通过提出全新的非平衡合金合成理论，并开发共还原合成方法学，我们打破 Cu-Ru 合金完全非互溶的相图，先后成功创造了世界上首例均匀 Cu0.5Ru0.5 固溶体合金（B. Huang, et al., J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 4643）及全比例的 CuxRu1-x 固溶体合金（B. Huang, et al., Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 2230）。
虽然还有很多难混合金体系尚未合成，但对于任意合金体系，文章中明确提出，只要通过合成方法学实现共还原条件，就一定能自发形成均匀的亚稳态固溶体合金结构。即全世界所有的合金都可以合成。
具体的参数调节方法、热稳定性分析及三元催化性能请参加英文原文（B. Huang, et al., Chem. Sci., 2020, DOI: 10.1039/D0SC03373A）。文章被选为inside front cover。
文章的完成除了作者列表内的成员以外，还离不开我的京都大学同事吴冬霜特别研究员、师弟张权特别研究员对文章的建议和实验方面的帮助，西安交大学生谭喆对化工传质传热相关问题的建议和帮助，以及巴黎七大F. Fiévet 教授对黏度影响因素的参考文献帮助。在此对他们的大力支持表示衷心的感谢！
论文信息
Coreduction methodology for immiscible alloys of CuRu solid-solution nanoparticles with high thermal stability and versatile exhaust purification ability
Bo Huang*（黄博，西安交通大学）, Hirokazu Kobayashi, Tomokazu Yamamoto, Syo Matsumura, Yoshihide Nishida, Katsutoshi Sato, Katsutoshi Nagaoka, Masaaki Haneda, Shogo Kawaguchi, Yoshiki Kubota and Hiroshi Kitagawa*（京都大学）
Chem. Sci., 2020, Advance Article
http://dx.doi.org/10.1039/D0SC03373A
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