Molte reazioni chimiche rilevanti per le nuove fonti di energia sono molto complesse e comportano una notevole perdita di energia. Così, i sistemi di conversione e stoccaggio dell'energia o le celle a combustibile non sono ancora ampiamente utilizzati nelle applicazioni commerciali. I ricercatori della Ruhr-Universität Bochum (RUB) e del Max-Planck-Institut für Eisenforschung di Düsseldorf stanno ora segnalando una nuova classe di catalizzatori che è teoricamente adatta per l'uso universale.

Queste cosiddette leghe ad alta entropia si formano mescolando in proporzioni quasi uguali cinque o più elementi. Potrebbero finalmente spingere i confini dei catalizzatori tradizionali che sono stati insuperabili per decenni. Il team di ricerca descrive i loro principi di funzionamento elettrocatalitici non comuni e il loro potenziale per l'applicazione sistematica nella rivista ACS Energy Letters .

Librerie di materiali per la ricerca sull'elettrocatalisi

La classe dei materiali delle leghe ad alta entropia presenta proprietà fisiche che hanno un potenziale considerevole per numerose applicazioni. Nella riduzione dell'ossigeno, hanno già raggiunto l'attività di catalizzatore al platino.

"Nel nostro reparto, abbiamo metodi unici a nostra disposizione per produrre questi materiali complessi da cinque elementi sorgente in diverse composizioni sotto forma di film sottili o librerie di nanoparticelle, " spiega il professor Alfred Ludwig della cattedra di materiali per la microtecnologia al RUB. Gli atomi degli elementi sorgente si fondono nel plasma e formano nanoparticelle in un substrato di liquido ionico. Se le nanoparticelle si trovano nelle vicinanze della rispettiva sorgente atomica, la percentuale di atomi da quella sorgente è più alta nella rispettiva particella. "Finora sono state condotte ricerche molto limitate sull'uso di tali materiali nell'elettrocatalisi, "dice Ludovico.

Manipolazione delle singole fasi di reazione

Questo dovrebbe cambiare nel prossimo futuro. I ricercatori hanno ipotizzato che le interazioni uniche di diversi elementi vicini potrebbero aprire la strada alla sostituzione dei metalli nobili con materiali equivalenti. "La nostra ultima ricerca ha portato alla luce altre caratteristiche uniche, per esempio il fatto che questa classe possa influenzare anche le interdipendenze tra i singoli stadi di reazione, "dice Tobias Löffler, dottorato di ricerca ricercatore presso il Centro di Scienze Elettrochimiche presso la Cattedra di Chimica Analitica RUB. "Così, contribuirebbe a risolvere uno dei maggiori problemi di molte reazioni di conversione dell'energia, vale a dire grandi perdite di energia altrimenti inevitabili. Le possibilità teoriche sembrano quasi troppo belle per essere vere."

Fondazione per la ricerca in corso

Al fine di promuovere un rapido progresso, il team di Bochum e Düsseldorf ha descritto i suoi primi risultati con l'obiettivo di interpretare le prime osservazioni caratteristiche, delineando le sfide, e proponendo le prime linee guida, tutte favorevoli al progresso della ricerca. "La complessità della lega si riflette nei risultati della ricerca, e molte analisi saranno necessarie prima di poterne valutare il potenziale effettivo. Ancora, nessuno dei risultati fino ad oggi preclude una svolta, " suppone il professor Wolfgang Schuhmann, Cattedra di Chimica Analitica presso RUB.

Visualizzazione in 3-D

La caratterizzazione di nanoparticelle di catalizzatori, pure, è favorevole alla ricerca. "Per avere un'indicazione di come, Esattamente, l'attività è influenzata dalla struttura, la visualizzazione ad alta risoluzione della superficie del catalizzatore a livello atomico è uno strumento utile, preferibilmente in 3-D, " afferma la professoressa Christina Scheu del Max-Planck-Institut für Eisenforschung di Düsseldorf. I ricercatori hanno già dimostrato che questo è un obiettivo raggiungibile, se non ancora applicato a questa classe di catalizzatori.

Resta da rispondere alla domanda se tali catalizzatori faciliteranno la transizione verso una gestione energetica sostenibile. "Con i nostri studi, intendiamo gettare le basi per una continua ricerca in questo campo, " concludono gli autori.