Wejście do epoki platyny w nanoskali: pierwszy stop wysokiej entropii wykonany ze wszystkich sześciu metali grupy platinum

Począwszy od epoki brązu, stopy metali zmieniły cywilizacje. Najnowsza iteracja stopu to nanosized stopów o wysokiej entropii, lub HEA. W Journal of American Chemical Society, Kyoto University naukowcy, we współpracy z wieloma instytutami w Całej Japonii, raport pierwszy w historii HEA składający się ze wszystkich sześciu metali grupy platyny, znany jako PGM-HEA, i pokazują, że elektrochemicznie katalizuje reakcje utleniania etanolu z niespotykaną wydajnością.

HEA są stosunkowo nową strukturą dopiero po raz pierwszy zgłoszoną w 2004 r. Zapewniają one niezwykłe właściwości strukturalne i funkcjonalne, ale są niezbadane ze względu na ich niedawne.

Jednym z czynników, które zaszczepia te unikalne cechy jest ich składników. Podczas gdy prostsze stopy, takie jak mosiądz, mogą być wykonane z zaledwie dwóch metali, HEA musi posiadać co najmniej pięć elementów w pobliżu stężeniach równotomowych. Rezultatem jest wyższa entropia, a tym samym atrakcyjna, ale tylko teoretycznie ustalone właściwości.

Chemicy natomiast mają znacznie lepsze zrozumienie PGM, które są wykorzystywane do produkcji 25% wszystkich towarów. Chociaż wszystkie sześć elementów znajduje się w tej samej grupie, każdy może katalizować charakterystyczne reakcje, a po zmieszaniu ze sobą oczekuje się, że zapewni różnorodną gamę witryn adsorpcji dla reakcji.

Rzeczywiście, aby przetestować jego przydatność, PGM-HEA został zastosowany do elektrochemicznych reakcji utleniania etanolu, które są używane do przenośnych zastosowań energetycznych, od smartfonów po wózki widłowe. Proces transferu elektronów, który zachodzi w EOR, jest złożony i korzysta z różnych miejsc adsorpcji, czego konwencjonalne katalizatory nie są w stanie zapewnić.

W przeciwieństwie do tych prostszych katalizatorów, spektroskopia fotoelektronowa x-ray ujawniła, że każdy element znajdował się na powierzchni PGM-HEA, oferując różne miejsca adsorpcji do reakcji. Potwierdzając znaczenie tej struktury, PGM-HEA przewyższyła wszystkie testowane katalizatory komercyjne.

Aby zrozumieć znaczenie każdego z sześciu elementów PGM, stworzono porównywalne konstrukcje z 3-5 PGM. Eksperymenty sugerowały, że posiadanie wszystkich sześciu PGM było kluczowe, ponieważ PGM-HEA spowodował, że poszczególne elementy miały synergiczny efekt, który pochodził z optymalnej konfiguracji powierzchni miejsc adsorpcji dla procesu transferu elektronów.

Wyższa wydajność katalityczna może zapewnić nową strategię na rzecz wyższego zużycia paliwa.

Referencje: „Platinum-Group-Metal High-Entropy-Alloy Nanoparticles” autorstwa Dongshuang Wu, Kohei Kusada, Tomokazu Yamamoto, Takaaki Toriyama, Syo Matsumura, Shogo Kawaguchi, Yoshiki Kubota i Hiroshi Kitagawa, 29 lipca 2020, Journal of the American Chemical Society.