Muitas reações químicas relevantes para novas fontes de energia são altamente complexas e resultam em considerável perda de energia. Assim, sistemas de conversão e armazenamento de energia ou células de combustível ainda não são amplamente usados ​​em aplicações comerciais. Pesquisadores da Ruhr-Universität Bochum (RUB) e Max-Planck-Institut für Eisenforschung em Düsseldorf estão agora relatando uma nova classe de catalisadores que é teoricamente adequada para uso universal.

Essas chamadas ligas de alta entropia são formadas pela mistura de proporções quase iguais de cinco ou mais elementos. Eles podem finalmente ultrapassar os limites dos catalisadores tradicionais que são insuperáveis ​​há décadas. A equipe de pesquisa descreve seus princípios de trabalho eletrocatalíticos incomuns, bem como seu potencial para aplicação sistemática no jornal Cartas de energia ACS .

Bibliotecas de materiais para pesquisa de eletrocatálise

A classe de materiais das ligas de alta entropia apresenta propriedades físicas com potencial considerável para inúmeras aplicações. Na redução de oxigênio, eles já atingiram a atividade de um catalisador de platina.

"No nosso departamento, temos métodos exclusivos à nossa disposição para fabricar esses materiais complexos a partir de cinco elementos de origem em diferentes composições na forma de filme fino ou bibliotecas de nanopartículas, "explica o professor Alfred Ludwig da cadeira de materiais para microtecnologia do RUB. Os átomos dos elementos da fonte se misturam no plasma e formam nanopartículas em um substrato de líquido iônico. Se as nanopartículas estiverem localizadas nas proximidades da respectiva fonte de átomo, a porcentagem de átomos daquela fonte é maior na respectiva partícula. "Uma pesquisa muito limitada ainda foi conduzida sobre o uso de tais materiais na eletrocatálise, "diz Ludwig.

Manipulando estágios de reação individuais

Espera-se que isso mude em um futuro próximo. Os pesquisadores postularam que as interações únicas de diferentes elementos vizinhos podem abrir caminho para a substituição de metais nobres por materiais equivalentes. "Nossa pesquisa mais recente revelou outras características exclusivas, por exemplo, o fato de que esta classe também pode afetar as interdependências entre as etapas de reação individuais, "diz Tobias Löffler, Ph.D. pesquisador do Centro de Ciências Eletroquímicas da cadeira RUB de Química Analítica. "Assim, contribuiria para resolver um dos principais problemas de muitas reações de conversão de energia, ou seja, grandes perdas de energia inevitáveis. As possibilidades teóricas parecem boas demais para ser verdade. "

Fundação para pesquisas em andamento

Para promover um progresso rápido, a equipe de Bochum e Düsseldorf descreveu suas descobertas iniciais com o objetivo de interpretar as primeiras observações características, delineando os desafios, e apresentar as primeiras diretrizes - todas elas conduzem ao avanço da pesquisa. “A complexidade da liga se reflete nos resultados da pesquisa, e muitas análises serão necessárias antes que se possa avaliar seu potencial real. Ainda, nenhuma das descobertas até o momento impede um avanço, "supõe o professor Wolfgang Schuhmann, Cadeira de Química Analítica do RUB.

Visualização em 3-D

A caracterização de nanopartículas de catalisador, também, é propício à pesquisa. "Para obter uma indicação de como, exatamente, a atividade é afetada pela estrutura, a visualização de alta resolução da superfície do catalisador no nível atômico é uma ferramenta útil, de preferência em 3-D, "diz a professora Christina Scheu do Max-Planck-Institut für Eisenforschung de Düsseldorf. Os pesquisadores já demonstraram que esse é um objetivo atingível - se ainda não aplicado a essa classe de catalisadores.

A questão de se esses catalisadores facilitarão a transição para a gestão de energia sustentável ainda precisa ser respondida. "Com nossos estudos, pretendemos lançar as bases para pesquisas em andamento neste campo, "concluem os autores.