Le leghe Heusler sono materiali magnetici costituiti da tre metalli diversi che non sono magnetici singolarmente. Le leghe sono ampiamente utilizzate per le loro proprietà magnetiche e termoelettriche, e la loro capacità di riacquistare la loro forma originale dopo essere stati deformati, nota come memoria di forma. Le indagini dello scienziato dei materiali avanzati dell'Università di Tohoku An-Pang Tsai e dei suoi colleghi ora mostrano che questi materiali possono anche essere messi a punto per accelerare le reazioni chimiche. Questa capacità catalitica è recensita nella rivista Scienza e tecnologia dei materiali avanzati .

Le leghe Heusler hanno una composizione tipica di due parti di metallo X, una parte di metallo Y, e una parte in metallo Z (X2YZ). Ciascuno dei tre proviene da una regione distinta della tavola periodica degli elementi. La lega originale di Heusler, scoperto nel 1898, era Cu ₂ MnAl, fatto di rame, manganese e alluminio. Molte altre combinazioni di metalli sono state successivamente trovate all'interno della disposizione X2YZ.

Mentre Tsai e i suoi colleghi stavano indagando su un altro tipo di struttura, chiamati quasicristalli, alla fine degli anni '80, hanno creato una serie di nuovi composti sostituendo gli elementi esistenti con altri dei loro stessi gruppi nella tavola periodica, purché avessero una dimensione atomica simile. In seguito hanno applicato questo concetto per fabbricare un gran numero di nuove leghe Heusler.

Tsai e i suoi colleghi hanno studiato il potenziale di 12 leghe Heusler come catalizzatori per l'idrogenazione del propino, una reazione che viene utilizzata nell'industria delle materie plastiche, e per l'ossidazione del monossido di carbonio, un importante processo di controllo dell'inquinamento. Hanno usato elementi relativamente economici per fabbricare le loro leghe e hanno trovato catalizzatori promettenti che erano molto selettivi per l'idrogenazione del propino. Questi hanno coinvolto una combinazione di cobalto per il metallo X, manganese o ferro per metallo Y, e gallio o germanio per il metallo Z. Il team sospettava che le proprietà catalitiche delle leghe potessero essere ottimizzate per reazioni target specifiche. Hanno anche scoperto che il metallo X è il principale elemento attivo in queste reazioni, mentre gli elementi Y e Z sono coinvolti nell'attività del catalizzatore, selettività e durata. alcune leghe, come uno fatto di cobalto, titanio e stagno, ha anche mostrato risultati promettenti per l'ossidazione del monossido di carbonio.

Tsai e i suoi colleghi credono che l'informatica dei materiali, che utilizza i big data per scoprire nuovi materiali, potrebbe essere particolarmente rilevante per la scoperta di nuovi catalizzatori da leghe Heusler a causa della loro disposizione ben definita.

La ricerca futura dovrebbe concentrarsi sull'incorporazione di nanoparticelle contenenti elementi catalitici nel reticolo cristallino delle leghe Heusler. Ciò aumenterebbe la superficie disponibile per le reazioni catalitiche, migliorare l'attività catalitica del materiale.

"Era la passione del professor Tsai giocare con gli elementi e creare nuovi materiali, con enormi successi fin dall'inizio, " dice Alok Singh del National Institute for Materials Science del Giappone. "Ha brevettato i suoi lavori recenti, e speriamo di vederli in funzione in collaborazione con l'industria. Intanto, i suoi colleghi continueranno a lavorare sul loro sviluppo, con i loro progressi che ispirano ulteriori lavori."