Yapısal kontrollü Pt-yüksek entropili alaşım (Pt-HEA) Model Katalizör Sentezinin şematik bir gösterimi. Kredi: Yoshihiro Chida ve diğerleri.
Bir araştırma ekibi, yüksek entropili alaşımların yüzeylerinin atomik düzeydeki yapısını incelemek ve kontrol etmek için yeni bir platform geliştirdi. Platin yüksek entropi alaşımlarının, oksijen indirgeme reaksiyonunda platin-kobalt alaşımlarından daha iyi performans gösterdiğini bulmuşlardır. Bu bulguların geniş bir uygulanabilirliği vardır ve ekip bu platformu gelecekte pratik elektrokataliz için kullanmayı planlamaktadır.
2004’te kullanıma sunulan yüksek entropili alaşımlar (HEA’lar), çeşitli temel elementlerden oluşan alaşımlardır. neredeyse eş atomlu oranlar. Eşsiz kimyasal bileşimleri, yüksek derecede kimyasal düzensizliğe, yani entropiye neden olur ve yüksek sıcaklıklarda bile yüksek mukavemet, süneklik ve güçlü aşınma ve yıpranma direnci gibi dikkate değer özellikler üretir. Bilim adamları, çeşitli elektrokatalizör malzemelerinin performansını artırmaya yardımcı olmak için yeni YEA’lar geliştirmeye büyük önem verdiler.
HEA’larla İlgili Zorluklar ve Araştırmalar
Farklı bileşen elementlerden oluştukları için, HEA’lar ‘ atomik düzeyde yüzey tasarımları karmaşık olabilir. Ancak bu karmaşıklığın çözülmesi çok önemlidir, çünkü malzemelerin yüzey özellikleri genellikle katalitik aktivitelerini belirler. Bu nedenle araştırmacılar, atomik düzen ile HEA’ların sergilediği katalitik özellikler arasındaki ilişkiyi anlamaya çalışıyor.
Bu çalışmanın içindekiler tablosu. Kredi: Yoshihiro Chida ve diğerleri.
HEA’lardaki Gelişmeler
Şimdi, ortak çalışmaya dayalı bir araştırma ekibi, HEA’ların atomik düzeydeki yapısının kontrolünü sağlayan yeni bir deneysel platform oluşturdu. yüzeyler ve katalitik özelliklerini test etme yeteneği. Buluşları 26 Temmuz 2023’te Nature Communications dergisinde bildirildi.
“Çalışmamızda, bir element karışımı (Cr-Mn-Fe-) içeren Cantor alaşımı adı verilen bir alaşımdan ince katmanlar yaptık. Co-Ni), platin (Pt) yüzeylerde,” diye açıklıyor makalenin ortak yazarı ve Tohoku Üniversitesi Çevre Çalışmaları Enstitüsü’nde profesör olan Toshimasa Wadayama. “Bu, oksijen indirgeme reaksiyonu (ORR) adı verilen belirli bir reaksiyonu incelemek için bir model yüzeyi oluşturdu.”
Araştırma Bulguları ve Çıkarımları
Grup, gelişmiş görüntüleme teknikleri kullanarak atomik seviyedeki yapıyı inceledi. Pt-HEA’ların yüzeylerini inceledi ve ORR özelliklerini inceledi. Pt-HEA’ların yüzeylerinin, platin-kobalt alaşımından yapılmış yüzeylere kıyasla ORR’de daha iyi performans gösterdiğini keşfettiler. Bu, “sözde çekirdek-kabuk benzeri bir yapı” oluşturan yüzeye yakın elementlerin atomik düzenlemesi ve dağılımının Pt-HEA’ların mükemmel katalitik özelliklerine katkıda bulunduğunu gösterir.
Wadayama ve grubu stresi bulgularının hem herhangi bir bileşen element hem de diğer nanomalzemeler için geniş uygulanabilirliği.
“Yeni inşa edilen deneysel çalışma platformumuz, çok bileşenli alaşım yüzey mikro yapıları ve bunların arasındaki ayrıntılı ilişkiyi aydınlatmak için bize güçlü bir araç sağlıyor. katalitik özellikler. Herhangi bir bileşen element ve oranın HEA’larının atomik seviyesi, yüzey mikro yapısı ve elektrokatalitik özellikleri arasındaki kesin korelasyonları açıklığa kavuşturmak için geçerlidir ve bu nedenle malzeme bilişimi için güvenilir eğitim veri setleri sağlayacaktır. Platform yalnızca elektrokatalize değil, aynı zamanda fonksiyonel nanomalzemelerin çeşitli alanlarına da uygulanabilir.”
Gelecek Beklentileri
Gelecekte, grup bu platformu Pt-HEA kullanarak pratik elektrokatalize doğru genişletmeyi umuyor. -elektrokimyasal yüzey alanlarını artırmayı amaçlayan nanoparçacıklar.
Referans: “Atomik düzeyde kontrollü yüksek entropili alaşım yüzeylerin elektrokatalizine yönelik deneysel çalışma platformu”, Yoshihiro Chida, Takeru Tomimori, Tomoaki Ebata, Noboru Taguchi, Tsutomu Ioroi , Kenta Hayashi, Naoto Todoroki ve Toshimasa Wadayama, 26 Temmuz 2023, Nature Communications.
DOI: 10.1038/s41467-023-40246-5