Начиная с бронзового века, металлические сплавы изменили цивилизации. Последняя итерация сплава — это наноразмерные высокоэнтропийные сплавы, или HEA. В Журнале Американского химического общества исследователи Киотского университета в сотрудничестве с несколькими институтами по всей Японии сообщают о создании чего-то ещё более продвинутого, а именно — первого в истории HEA, состоящем из всех шести металлов платиновой группы, известном как PGM-HEA. Их исследования показывают, что он электрохимически катализирует реакции окисления этанола с беспрецедентной эффективностью.
HEA — относительно новая структура, о которой впервые заговорили в не таком уж и далёком 2004 году. Сплавы этой группы обладают исключительными структурными и функциональными свойствами, которые, однако, ещё не до конца изучены. Одним из факторов, который создаёт эти уникальные особенности, являются их состав. В то время как более простые сплавы, такие как латунь, могут состоять всего из двух металлов, HEA должен содержать по крайней мере пять элементов в почти эквиатомных концентрациях. Результатом является более высокая энтропия и, следовательно, крайне полезные, но только теоретически установленные, свойства.
С другой стороны, химики гораздо лучше разбираются в металлах платиновой группы, которые используются в производстве 25% всех товаров. Хотя все шесть элементов находятся в одной группе, каждый может катализировать особые реакции, и ожидается, что при их смешении будет образован материал способный выступить катализатором любой из известных реакций.
Для того чтобы на практике проверить возможности синтезированного сплава, PGM-HEA был применен к реакциям электрохимического окисления этанола, которые применяются в портативных энергетических устройствах. Элементы питания, основанные на этой реакции, можно встретить практически во всех современных устройствах: от смартфонов до вилочных погрузчиков. Процесс переноса электрона, который происходит в EOR, сложен и имеет множество адсорбционных центров, чего не могут обеспечить обычные катализаторы. В отличие от этих более простых катализаторов, рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия показала, что каждый элемент находится на поверхности PGM-HEA независимо от своих соседей смог провести свою часть реакции. Это свойство позволило PGM-HEA превзойти результаты всех прочих коммерческих катализаторов.
Чтобы определить важность всех элементов PGM, были созданы сопоставимые структуры с 3-5 PGM. Эксперименты показали, что наличие всех шести PGM было критически важным, поскольку PGM-HEA вызывал синергетический эффект отдельных элементов, который происходил из оптимальной конфигурации поверхности адсорбционных центров для процесса переноса электронов.
Каково будущее таких исследований? Фактически найденный сплав может стать единственным компонентом необходимым для запуска электрохимических реакций. Из этого может вытекать возможность создания батарей и аккумуляторов нового поколения - более ёмких и эффективных, что в свою очередь может дать новый импульс в развитии всей энергетической и топливной отрасли.
