p Um material de liga bidimensional - feito de cinco metais em oposição aos dois tradicionais - foi desenvolvido por uma colaboração entre pesquisadores da Escola de Engenharia McKelvey da Universidade de Washington em St. Louis e pesquisadores da Faculdade de Engenharia da Universidade de Illinois em Chicago. p E, em uma primeira vez para tal material, demonstrou atuar como um excelente catalisador para a redução de CO ₂ , em CO, com aplicações potenciais em remediação ambiental.

p A pesquisa, do laboratório de Rohan Mishra, professor assistente do Departamento de Engenharia Mecânica e Ciência dos Materiais da Universidade de Washington, foi publicado no sábado, 26 de junho no jornal Materiais avançados .

p "Estamos procurando transformar o dióxido de carbono, que é um gás de efeito estufa, em monóxido de carbono, "Mishra disse." O monóxido de carbono pode ser combinado com o hidrogênio para fazer metanol. Pode ser uma forma de obter CO ₂ do ar e reciclá-lo em um hidrocarboneto. "

p A base desta inovação é uma classe de materiais conhecida como dichalcogenetos de metais de transição (TMDCs) - eles incluem metais de transição e um calcogênio, que inclui enxofre, selênio e telúrio. Quando uma liga contém mais de três metais em proporções quase iguais, diz-se que é "alta entropia". Daí o nome prolixo do material desenvolvido no laboratório de Mishra:dichalcogenetos de metais de transição de alta entropia.

p TMDCs não são novos. Tem havido interesse em formas bidimensionais semelhantes desses materiais devido às suas propriedades ópticas e eletrônicas únicas, Mishra disse. Mas ele suspeitava que eles poderiam ser usados ​​para outra coisa.

p "Estivemos olhando para estes, também, mas explorando seu potencial para eletrocatálise, "agindo como um catalisador para facilitar as reações químicas. Como eles são efetivamente bidimensionais (cerca de três átomos de espessura), eles são catalisadores eficientes; reações ocorrem na superfície de um material, e um material bidimensional tem uma grande área de superfície, e não muito mais. Em um estudo anterior, também publicado no jornal Materiais avançados em 2020, o grupo mostrou que ligas de TMDC de dois metais mostraram atividade catalítica melhorada em relação a TMDCs individuais. "Isso nos levou à questão, A adição de mais metais a essas ligas pode produzir catalisadores ainda melhores? ”, disse Mishra.

p Com 10 metais de transição aplicáveis ​​e três calcogênios, Existem 135 ligas TMDC de dois metais e 756 de cinco metais possíveis. Contudo, assim como óleo e água, nem todas as combinações se misturam para formar uma liga homogênea.

p "Sem orientação de cálculos, determinar experimentalmente quais combinações elementares darão a uma liga torna-se um processo de tentativa e erro que também consome tempo e é caro, "Mishra explicou.

p O alquimista neste caso foi John Cavin, um estudante de graduação no Departamento de Física em Artes e Ciências da Universidade de Washington.

p No trabalho anterior, Cavin mostrou quais dois metais de transição podem ser combinados, e em que temperaturas, para formar ligas TMDCs binárias.

p "A questão era, "Poderíamos ao menos sintetizar uma liga TMDC que tivesse tantos componentes? '", Disse Cavin. “E eles vão melhorar a redução de CO ₂ em CO? "

p Descobrir, ele usou cálculos de mecânica quântica para prever quais combinações eram mais prováveis ​​de melhorar a capacidade do material de catalisar CO ₂ . Então ele teve que ir mais longe para determinar se o material seria estável, mas não tinha ferramentas para fazer isso. Então, ele mesmo desenvolveu um.

p "Eu tive que desenvolver um modelo termodinâmico para prever ligas TMDC estáveis ​​de alta entropia a partir de cálculos de mecânica quântica, "Cavin disse. Esses cálculos foram realizados usando recursos consideráveis ​​de supercomputação, disponibilizado pela rede Extreme Science and Engineering Discovery Environment, que é apoiado pela National Science Foundation.

p Após anos de desenvolvimento, a análise resultante foi enviada a colaboradores experimentais da Universidade de Illinois em Chicago.

p "Na UIC, eles poderiam sintetizar os materiais que previmos que formariam uma liga TMDC de alta entropia, "Mishra disse." Além disso, um deles mostrou atividade excepcional. "

p Eles podem ter outros usos, também. A UIC sintetizou três das quatro ligas TMDC diferentes e continuará a analisá-las.

p “Estes são novos materiais, eles nunca foram sintetizados antes, "Mishra disse." Eles podem ter propriedades inesperadas. "

p O trabalho decorre de uma doação DMREF da National Science Foundation como parte da Materials Genome Initiative lançada pelo presidente Barack Obama em 2011 como uma iniciativa de várias agências para criar políticas, recursos e infraestrutura que apoiam as instituições dos EUA para descobrir, fabricar e implantar materiais avançados de forma eficiente e econômica.