Электрокатализ высокоэнтропийных сплавов

Схематическая иллюстрация синтеза модельного катализатора из сплава Pt с высокой энтропией (Pt-HEA) с регулируемой структурой. Предоставлено: Yoshihiro Chida et al.

Исследовательская группа разработала новую платформу для изучения и контроля структуры поверхностей высокоэнтропийных сплавов на атомном уровне. Они обнаружили, что сплавы платины с высокой энтропией превосходят сплавы платины и кобальта в реакции восстановления кислорода. Эти результаты имеют широкое применение, и команда планирует использовать эту платформу для практического электрокатализа в будущем.

Высокоэнтропийные сплавы (ВЭС), представленные в 2004 году, представляют собой сплавы, состоящие из нескольких основных элементов в почти эквиатомных пропорциях. Их уникальный химический состав приводит к высокой степени химического беспорядка, т. е. энтропии, и обеспечивает замечательные свойства, такие как высокая прочность, пластичность и сильное сопротивление износу даже при высоких температурах.

Ученые уделили значительное внимание разработке новых ВЭА, чтобы помочь улучшить характеристики различных электрокаталитических материалов.

Проблемы и исследования в области ВУЗов

Поскольку они состоят из разных составных элементов, конструкция поверхности HEA на атомарном уровне может быть сложной. Но разгадка этой сложности имеет решающее значение, поскольку поверхностные свойства материалов часто определяют их каталитическую активность. Вот почему исследователи стремятся понять корреляцию между расположением атомов и каталитическими свойствами, проявляемыми HEA.

Достижения в ВУЗах

Теперь совместная исследовательская группа создала новую экспериментальную платформу, которая позволяет контролировать структуру поверхности HEA на атомном уровне и тестировать их каталитические свойства. Об их прорыве сообщили в журнале Nature Communications 26 июля 2023 года.

Содержание этого исследования. Предоставлено: Yoshihiro Chida et al.

• «В нашем исследовании мы сделали тонкие слои сплава, называемого сплавом Кантора, который содержит смесь элементов (Cr-Mn-Fe-Co-Ni), на подложках из платины (Pt)», — объясняет Тошимаса Вадаяма, соавтор исследования. газета и профессор Высшей школы экологических исследований Университета Тохоку.
• «Это создало модель поверхности для изучения конкретной реакции, называемой реакцией восстановления кислорода (ORR)».

Результаты исследования и последствия

Используя передовые методы визуализации, группа исследовала структуру поверхности Pt-HEAs на атомном уровне и изучила их свойства ORR. Они обнаружили, что поверхности Pt-HEA лучше работают в ORR по сравнению с поверхностями, изготовленными из сплава платины и кобальта. Это указывает на то, что расположение атомов и распределение элементов вблизи поверхности, создающее «псевдоядерно-оболочечную структуру», способствует превосходным каталитическим свойствам Pt-HEAs.

Вадаяма и его группа подчеркивают широкую применимость своих открытий как для любых составляющих элементов, так и для других наноматериалов.

• «Наша недавно построенная платформа для экспериментальных исследований предоставляет нам мощный инструмент для выяснения детальной взаимосвязи между микроструктурой поверхности многокомпонентных сплавов и их каталитическими свойствами. Это применимо для выяснения точных корреляций между атомарным уровнем, микроструктурой поверхности и электрокаталитическими свойствами ВЭА любых составляющих элементов и соотношений и, таким образом, обеспечит надежные наборы обучающих данных для информатики материалов. Платформа применима не только для электрокатализа, но и в различных областях функциональных наноматериалов».

Будущие перспективы

Заглядывая вперед, группа надеется расширить эту платформу для практического электрокатализа, используя наночастицы Pt-HEA, которые стремятся увеличить площадь электрохимической поверхности.

Источник

Метки: Катализаторы