实验室的TobiasLöffler，Alan Savan，Alfred Ludwig和Wolfgang Schuhmann(左起)。

传统上，该行业一直将铂合金用作氧还原催化剂，这例如在燃料电池或金属空气电池中是必不可少的。这种金属昂贵且稀有，对制造施加了严格的限制。Ruhr-UniversitätBochum(RUB)和Max-Planck-InstitutfürEisenforschung的研究人员发现了一种由五种元素组成的合金，这种元素不含贵金属，与铂一样活跃。他们于2018年10月21日在“高级能源材料”杂志上发表了论文。

新邻居形成了活跃的中心

非贵金属元素及其合金的催化性能通常较差。令研究人员惊讶的是，由五个几乎相同平衡的组件组成的一种合金提供了更好的性能。这是因为所谓的高熵效应。它使多元合金保持简单的晶体结构。

“通过不同相邻元素的相互作用，形成了新的活跃中心，呈现出全新的特性，因此不再局限于各个元素的有限属性，”RUB分析化学主席博士生TobiasLöffler解释说。由Wolfgang Schuhmann教授领导的电化学科学中心。“我们的研究表明，这种合金可能与催化有关。”

生成合金纳米粒子库

寻找替代铂金的研究人员，由Alfred Ludwig教授领导的RUB微纤维材料主席的研究人员采用了一种特殊的方法来生成由五种源元素组成的合金纳米粒子库。它们的原子在等离子体中混合并在离子液体的基质中形成纳米颗粒。将液体置于载体上的小空腔中。

如果纳米颗粒位于相应原子源附近，则来自该源的原子的百分比在相应的颗粒中更高。在载体的中心，所有五种元素以或多或少相等的量存在。“这种组合工艺使我们能够精确控制材料库中任何地方合金纳米粒子的成分，”Alfred Ludwig说。

优化的成分

Max-Planck-InstitutfürEisenforschung的研究小组由Christina Scheu教授领导，使用透射电子显微镜分析了由此产生的纳米颗粒。RUB化学家确定了它们的催化活性，并将其与铂纳米颗粒进行了比较。

在这个过程中，他们确定了一个由五个元素组成的系统，其中高熵效应导致氧气还原的催化活性，类似于铂的氧气还原。通过进一步优化组成，他们成功地改善了整体活动。

对电催化的影响深远

沃尔夫冈·舒曼(Wolfgang Schuhmann)表示，“这些研究结果可能会对电催化作用产生深远的影响。”研究人员希望通过利用元素的几乎无限数量的可能组合及其组成的修改来适应任何所需反应的性质。“因此，应用不一定限于氧气减少，”路德维希说。研究小组已经申请了专利。

然而，由于元素的相互作用尚未完全了解，研究人员尚未开发出任何特定的催化剂。“这项研究项目为进一步研究奠定了基础，以便更好地了解该过程，并引入了由多种元素组成的高熵合金作为新的催化剂类别，”研究人员指出。