14.09.2021 - Japan Science and Technology Agency

Einfache Herstellung eines Super-Mehrelement-Katalysators

Realisierung von allmächtigen Katalysatoren erwartet

Eine Forschungsgruppe in Japan hat erfolgreich einen "nanoporösen Super-Mehrelement-Katalysator" entwickelt, der 14 Elemente enthält, die auf atomarer Ebene gleichmäßig gemischt sind und als Katalysator verwendet werden. Eine hochentropische Legierung, die aus 10 oder mehr Elementen besteht, kann als Katalysator eine "Allmacht und Vielseitigkeit" aufweisen, da sie ihre Morphologie frei verändern und je nach Reaktionsfeld aktiv werden kann. Bislang war es jedoch nicht einfach, Entropie-Legierungen aus mehr als 10 Elementen herzustellen. Der Grund dafür ist die Existenz von Kombinationen einiger Elemente, die sich nur schwer mischen lassen, wie Wasser und Öl.

Eine gemeinsame Forschungsgruppe unter der Leitung von Research Associate Cai ZeXing und Professor Takeshi Fujita an der School of Environmental Science and Engineering, Kochi University of Technology, und Professor Masahiro Miyauchi an der School of Materials Science and Engineering, Tokyo Institute of Technology, hat einen "nanoporösen Super-Mehrelement-Katalysator" durch eine Methode entwickelt, die als Entlegierung (de-alloying) bezeichnet wird. Die Herstellungsmethode ist einfach: Eine Aluminiumlegierung mit 14 Elementen wird hergestellt, und der nanoporöse Super-Mehrelement-Katalysator wird durch bevorzugte Auflösung von Aluminium mit einer alkalischen Lösung hergestellt. Es hat sich herausgestellt, dass durch diese Methode, während eine nanoporöse Struktur mit einer großen spezifischen Oberfläche (Oberfläche pro Masseneinheit des Materials) mit einer Porengröße von etwa 5 Nanometern geschaffen wird, andere Elemente als Aluminium, die sich nicht in der alkalischen Lösung auflösen, akkumuliert werden, um in Form einer Mischkristalllegierung aggregiert zu werden, in der die 14 Elemente auf atomarer Ebene gleichmäßig verteilt sind.

Außerdem wurde festgestellt, dass der nanoporöse Super-Mehrelement-Katalysator aufgrund des Multielement-Überlagerungseffekts (cocktail effect) hervorragende Eigenschaften als Elektrodenmaterial für die Wasserelektrolyse aufweist. Da dieser Katalysator viele verschiedene Elemente enthält, wird erwartet, dass er in Zukunft zu einem allmächtigen und vielseitigen Katalysator entwickelt wird.

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