与能量革命相关的许多化学反应非常复杂并导致相当大的能量损失。这就是能量转换和存储系统或燃料电池尚未广泛用于商业应用的原因。位于杜塞尔多夫的Ruhr-UniversitätBochum(RUB)和Max-Planck-InstitutfürEisenforschung的研究人员正在报道一种理论上适合普遍使用的新型催化剂。这些所谓的高熵合金是通过混合接近等比例的五种或更多种元素而形成的。他们可能最终推动几十年来无法超越的传统催化剂的界限。
该研究小组描述了他们不常见的电催化工作原理以及它们在2019年4月17日的ACS Energy Letters期刊中系统应用的潜力。
用于电催化研究的材料库
高熵合金的材料类别具有物理特性，这些特性对于许多应用具有相当大的潜力。在氧还原中，它们已经达到铂催化剂的活性。
“在我们的部门，我们有独特的方法可以用薄膜或纳米粒子库形式的不同成分中的五种来源元素制造这些复杂材料，”RUB微技术材料主席Alfred Ludwig教授解释道。源元素的原子在等离子体中混合并在离子液体的基质中形成纳米颗粒。如果纳米颗粒位于相应原子源附近，则来自该源的原子的百分比在相应的颗粒中更高。“目前对这类材料在电催化中的应用进行了非常有限的研究，”Ludwig说。
操纵个别反应阶段
预计这将在不久的将来发生变化。研究人员假设不同相邻元素的独特相互作用可能为用等效材料替代贵金属铺平了道路。“我们的最新研究发现了其他独特的特征，例如这一类也可能影响各个反应步骤之间的相互依赖性，”RUB分析化学主席电化学科学中心博士研究员TobiasLöffler说。“因此，它将有助于解决许多能量转换反应的主要问题之一，即其他不可避免的巨大能量损失。理论上的可能性似乎太好了，不可能成真。”
正在进行研究的基础
为了促进快速进步，来自波鸿和杜塞尔多夫的团队描述了其最初的发现，目的是解释第一个特征观察，概述挑战，并提出第一个指导方针 - 所有这些都有助于推进研究。“合金的复杂性反映在研究结果中，在评估其实际潜力之前，许多分析是必要的。但迄今为止，迄今为止没有一项研究结果能够取得突破，”分析化学主席Wolfgang Schuhmann教授表示。擦。
3D可视化
催化剂纳米粒子的表征也有利于研究。“为了获得结构对活动影响的准确性，原子级催化剂表面的高分辨率可视化是一种有用的工具，最好是3D，”Max-Planck的Christina Scheu教授说。 -InstitutfürEisenforschung位于杜塞尔多夫。研究人员已经证明，这是一个可实现的目标 - 如果尚未应用于这类催化剂。
这些催化剂是否有助于向可持续能源管理过渡的问题仍有待解决。“通过我们的研究，我们打算为这一领域的持续研究奠定基础，”作者总结道。
资金
该研究由德国联邦教育和研究部在Nemezu项目(03SF0497B)，德国研究基金会LU1175 / 23-1和SCHE634 / 21-1项目以及Fonds der chemischen Industrie的Chemiefonds奖学金资助。