Molte reazioni elettrochimiche passano attraverso diversi passaggi. Ciascuno dovrebbe essere ottimizzato su una superficie del catalizzatore, se possibile, ma requisiti diversi si applicano a ogni passaggio. "Dal momento che i catalizzatori precedenti di solito avevano solo una funzionalità ottimizzata, si poteva solo fare il miglior compromesso possibile, e le perdite di energia non potevano essere evitate, " spiega il professor Wolfgang Schuhmann del Centro di elettrochimica del RUB.

Con soluzioni solide complesse, diverse funzionalità possono essere realizzate contemporaneamente su una superficie del catalizzatore, superamento di questo limite. Però, questo accade solo quando vengono combinati almeno cinque elementi diversi. Ci sono milioni di possibilità in cui rapporti percentuali i rispettivi elementi possono essere combinati. La precedente sfida di ricerca di una strategia per trovare proprietà ottimali sembra essere risolvibile con questa classe di materiali. Ora il compito è scoprire quale combinazione soddisfa l'obiettivo nel miglior modo possibile. "Per inciso, questo può essere possibile anche con elementi molto più favorevoli rispetto ai catalizzatori precedenti, "sottolinea Schuhmann.

Fai e controlla le previsioni

Nel loro lavoro, i gruppi di ricerca presentano un approccio che offre una guida tra le innumerevoli possibilità. "Abbiamo sviluppato un modello in grado di prevedere l'attività per la riduzione dell'ossigeno in funzione della composizione, consentendo così il calcolo della migliore composizione, " spiega il professor Jan Rossmeisl del Center for High Entropy Alloy Catalysis dell'Università di Copenaghen.

Il team di Bochum ha fornito la verifica del modello. "Possiamo utilizzare un sistema combinatorio sputtering per produrre librerie di materiali in cui ogni punto sulla superficie del supporto ha una composizione diversa e ci sono gradienti diversi ma ben definiti in ogni direzione, " spiega il professor Alfred Ludwig della cattedra di Nuovi materiali e interfacce al RUB. Utilizzando una cella a goccia di scansione, le proprietà catalitiche di 342 composizioni su una libreria di materiali vengono quindi misurate automaticamente per identificare le tendenze dell'attività.

"Abbiamo scoperto che il modello originale non rendeva ancora giustizia alla complessità e faceva ancora previsioni imprecise. Pertanto, lo abbiamo rivisto e fatto testare di nuovo sperimentalmente, " afferma il Dr. Thomas Batchelor del team di Copenaghen, che era uno scienziato in visita al RUB come parte della collaborazione. Questa volta, la previsione e la misurazione sperimentale hanno mostrato un eccellente accordo, che è stato confermato da ulteriori biblioteche di materiali.

Questa strategia consente i complessi meccanismi alle superfici, che consistono di cinque elementi chimici, da identificare, lasciando la maggior parte dello sforzo di screening al computer. "Se il modello risulta essere universalmente applicabile a tutte le combinazioni di elementi e anche ad altre reazioni, una delle sfide attualmente più grandi di questa classe di catalizzatori sarebbe realisticamente soddisfatta, " ha detto la squadra.