p Um novo conceito torna possível identificar o mais promissor entre uma abundância de combinações de elementos possíveis. p O sucesso da transição de energia depende significativamente de eletrocatalisadores eficientes, por exemplo, para células de combustível ou a redução de CO ₂ . Ligas especiais feitas de cinco ou mais elementos são candidatos promissores. Uma equipe de pesquisadores da Ruhr-Universität Bochum (RUB) desenvolveu um conceito para examinar rapidamente uma abundância de combinações de elementos possíveis para identificar quais valem a pena otimizar. Ajuda a determinar diretamente o potencial de uma possível liga. Os relatórios da equipe no jornal Angewandte Chemie International Edition em 22 de dezembro de 2019.

p Catalisadores eficientes feitos de elementos baratos e disponíveis

p As esperanças dos pesquisadores em relação a novos catalisadores feitos de elementos baratos e disponíveis repousam sobre o que é conhecido como soluções sólidas complexas, também chamadas de ligas de alta entropia. Eles consistem em cinco ou mais elementos que são homogeneamente misturados e diversos, interações complexas que permitem ajustes finos das propriedades relevantes. Mais importante, não são apenas as propriedades dos elementos individuais que são cruciais, mas, acima de tudo, sua interação. "Isso abre uma ampla gama de possibilidades de outra forma inatingíveis, a fim de otimizar simultaneamente o preço e o desempenho para possíveis aplicações, "diz o professor Wolfgang Schuhmann do Centro de Ciências Eletroquímicas da RUB.

p Contudo, ainda faltam conhecimentos fundamentais sobre a nova classe de catalisadores recentemente descoberta. Que informações podem ser fornecidas pelas medições para fazer avanços direcionados no desenvolvimento do catalisador? Como isso ajuda a encontrar o caminho certo entre as combinações possíveis quase infinitas? Qual é o efeito da substituição de um elemento nas propriedades?

p Interpretar os resultados com mais precisão

p “Desenvolvemos um conceito que nos permite compreender as correlações entre a seleção dos elementos, teórico, propriedades definidoras de atividades, e parâmetros realmente mensuráveis, "relata Tobias Löffler, candidato ao doutorado em eletroquímica. Como as soluções sólidas complexas diferem dos eletrocatalisadores convencionais em todos esses pontos, esse entendimento é fundamental para o progresso experimental.

p Os pesquisadores são então confrontados com o desafio de que não só a combinação dos elementos, mas também a proporção de cada elemento é crucial e quaisquer desvios alteram as propriedades. "Mostramos como experimentos com uma liga feita de, por exemplo, cinco partes iguais de cada elemento podem ser interpretadas a fim de identificar a combinação de elementos como potencialmente ativa, "explica Tobias Löffler. Os pesquisadores são, portanto, capazes de identificar rapidamente se vale a pena otimizar as proporções dos elementos." Isso nos permite reduzir a carga de trabalho de triagem para possíveis composições de materiais a uma fração, sem negligenciar candidatos promissores, "explica Wolfgang Schuhmann. Sem esse conhecimento, é possível que as combinações possam ser filtradas usando avaliações convencionais, embora estas possam ser altamente interessantes se as proporções dos elementos forem otimizadas. "O que mais, este conceito constitui a base para a compreensão do complexo modo de ação desta classe de materiais, o que ajuda a compreender melhor os parâmetros possíveis que podem ser ajustados e, assim, derivar conceitos de design promissores a partir disso. "

p Incentivando pesquisadores

p Os pesquisadores testaram essas considerações conceituais com ligas selecionadas usando a reação de redução de oxigênio relevante para células de combustível. Eles foram capazes de demonstrar em quais casos substituir ou adicionar um elemento a uma combinação de elementos existente tem um efeito positivo e vice-versa. Eles também foram capazes de identificar combinações que são adequadas para otimização posterior.

p "Para síntese de materiais, isso significa uma enorme economia de tempo e dinheiro, "diz o professor Alfred Ludwig, Cadeira de Detecção de Materiais e Interfaces na RUB. "Produzir e analisar todas as possíveis proporções de elementos de uma liga que consiste em cinco elementos é um grande desafio. Ao eliminar obstáculos elementares, esperamos facilitar ainda mais o acesso a este campo altamente atual e tecnológico relevante e encorajar mais pesquisadores a contribuir com suas respectivas habilidades. "