El éxito de la transición energética depende significativamente de electrocatalizadores eficientes, por ejemplo para pilas de combustible o la reducción de CO 2 . Las aleaciones especiales hechas de cinco o más elementos son candidatos prometedores. Un equipo de investigadores ha desarrollado un concepto para detectar rápidamente una gran cantidad de posibles combinaciones de elementos para identificar cuáles vale la pena optimizar. Ayuda a determinar directamente el potencial de unposible aleación.
Catalizadores eficientes hechos de elementos económicos y disponibles
Las esperanzas de los investigadores con respecto a los nuevos catalizadores hechos de elementos económicos y disponibles descansan en lo que se conoce como soluciones sólidas complejas, también llamadas aleaciones de alta entropía. Consisten en cinco o más elementos que se mezclan de manera homogénea y los diversos y complejosinteracciones que permiten ajustes precisos de las propiedades relevantes. Es importante destacar que no son solo las propiedades de los elementos individuales las que son cruciales sino, sobre todo, su interacción ". Esto abre una amplia gama de posibilidades imposibles de alcanzar para optimizar simultáneamente el precio yrendimiento para posibles aplicaciones ", dice el profesor Wolfgang Schuhmann del Centro de Ciencias Electroquímicas en RUB.
Sin embargo, todavía falta conocimiento fundamental sobre la nueva clase de catalizador recientemente descubierta. ¿Qué información podría proporcionar las mediciones para lograr avances específicos en el desarrollo del catalizador? ¿Cómo ayuda esto a encontrar la correcta entre las combinaciones casi infinitas posibles?efecto tiene reemplazar un elemento en las propiedades?
Interpretando los resultados con mayor precisión
"Hemos desarrollado un concepto que nos permite comprender las correlaciones entre la selección de los elementos, las propiedades teóricas que definen la actividad y los parámetros realmente medibles", informa Tobias Löffler, un candidato a doctorado en electroquímica. Como las soluciones sólidas complejasdifieren de los electrocatalizadores convencionales en todos estos puntos, esta comprensión es fundamental para el progreso experimental.
Los investigadores se enfrentan al desafío de que no solo la combinación de elementos sino también la proporción de cada elemento es crucial y cualquier desviación cambia las propiedades ". Mostramos cómo los experimentos con una aleación hecha, por ejemplo, de cinco partes igualesTobias Löffler puede interpretar rápidamente cada uno de los elementos para identificar la combinación de elementos como potencialmente activa ". De este modo, los investigadores pueden identificar rápidamente si vale la pena optimizar las proporciones de los elementos". Esto nos permite reducir la carga de trabajo de detecciónpara posibles composiciones de material en una fracción sin pasar por alto a los candidatos prometedores ", explica Wolfgang Schuhmann. Sin este conocimiento, es posible que las combinaciones se puedan filtrar utilizando evaluaciones convencionales, aunque estas podrían ser muy interesantes si se optimizaran las proporciones de los elementos"., este concepto forma una piedra angular en la comprensión del complejo modo de acción de esta clase de material, queh ayuda a comprender mejor los posibles parámetros que se pueden ajustar y, por lo tanto, derivan conceptos de diseño prometedores ".
Alentando a los investigadores
Los investigadores probaron estas consideraciones conceptuales con aleaciones seleccionadas utilizando la reacción de reducción de oxígeno relevante para las celdas de combustible. Pudieron demostrar en qué casos reemplazar o agregar un elemento a una combinación de elementos existente tiene un efecto positivo y viceversa.capaz de identificar combinaciones que son adecuadas para una mayor optimización.
"Para la síntesis de materiales, esto significa un inmenso ahorro de tiempo y dinero", dice el profesor Alfred Ludwig, Presidente de Materiales Discovery e Interfaces en RUB. "Producir y analizar todas las posibles relaciones de elementos de una aleación que consta de cinco elementos esun gran desafío. Al eliminar los obstáculos elementales, esperamos facilitar aún más el acceso a este campo relevante altamente tópico y tecnológico y alentar a más investigadores a contribuir con sus habilidades respectivas ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Ruhr-Universidad Bochum . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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