W poszukiwaniu katalizatorów przemian energetycznych za wysoce obiecujące uważa się materiały składające się z co najmniej pięciu pierwiastków. Ale teoretycznie są ich miliony — jak rozpoznać najpotężniejszego?

Zespołowi badawczemu z Bochum, kierowanemu przez profesora Alfreda Ludwiga, kierownika Wydziału Odkrywania Materiałów i Interfejsów (MDI), udało się umieścić wszystkie możliwe kombinacje pięciu pierwiastków na nośniku w jednym kroku. Ponadto naukowcy opracowali metodę analizy potencjału elektrokatalitycznego każdej z kombinacji w tej bibliotece mikromateriałów z dużą przepustowością.

W ten sposób mają nadzieję znacznie przyspieszyć poszukiwania potencjalnych katalizatorów. Zespół z Ruhr University Bochum opublikował swoje odkrycia w czasopiśmie Zaawansowane materiały.

Kompletny pięcioelementowy system materiałowy na jednym nośniku

Do produkcji bibliotek materiałów z tak zwanych stopów o wysokiej entropii naukowcy z Bochum stosują proces napylania katodowego. W tym procesie wszystkie materiały wyjściowe są jednocześnie nakładane na nośnik z różnych kierunków.

Materiały wyjściowe osadza się w różnych proporcjach mieszania na każdej części nośnika. „W obecnym projekcie udoskonaliliśmy ten proces, wykorzystując otwory w taki sposób, że każda mieszanka materiałów jest osadzona tylko w maleńkim miejscu o średnicy około 100 mikrometrów na nośniku” – mówi Alfred Ludwig. Odpowiada to mniej więcej średnicy ludzkiego włosa.

„Dzięki miniaturyzacji bibliotek materiałów jesteśmy teraz w stanie pomieścić kompletny pięcioelementowy system na jednym nośniku – to ogromny postęp”, mówi dr Lars Banko z działu MDI.

Badania z wiszącymi kroplami

Aby zbadać materiały utworzone tą techniką, naukowcy wykorzystują tak zwaną skaningową mikroskopię elektrochemiczną (SECCM). Polega to na pomiarze właściwości elektrochemicznych materiału w określonym punkcie za pomocą wiszącej nanokropli elektrolitu o średnicy jednej tysięcznej średnicy włosa.

„Oznacza to, że możemy zastosować metody o wysokiej przepustowości, aby wskazać kandydatów o najwyższej aktywności katalitycznej, w przypadku których warto przeprowadzić bardziej szczegółową analizę” – mówi profesor Wolfgang Schuhmann, kierownik Wydziału Chemii Analitycznej na Uniwersytecie Ruhr w Bochum.

Korzystając z tych metod, naukowcy mają nadzieję skutecznie przeszukać mnóstwo możliwych materiałów na nowe katalizatory, aby zidentyfikować kandydatów, którzy są szczególnie aktywni jako katalizatory. Katalizatory są potrzebne np. do procesów konwersji energii, które umożliwiłyby wykorzystanie na dużą skalę zielonego wodoru jako przyjaznego dla środowiska nośnika energii.