İlk olarak 2004 yılında geliştirilen yüksek entropili alaşımlar (HEA’lar), neredeyse eşit atomik oranlarda birkaç ana elementten oluşan alaşımlardır. Yüksek düzeyde kimyasal düzensizlik veya entropi ile sonuçlanan özel kimyasal bileşimleri nedeniyle yüksek sıcaklıklarda bile yüksek mukavemet, süneklik ve mükemmel aşınma ve yıpranma direnci gibi olağanüstü özelliklere sahiptirler. Farklı elektrokatalizör malzemelerin daha iyi çalışmasına yardımcı olmak için araştırmacılar benzersiz HEA’lar yaratmak için çok zaman ve çaba harcadılar.
HEA’lar, çeşitli kurucu unsurlardan oluşan bileşimleri nedeniyle karmaşık atomik düzeyde yüzey tasarımlarına sahip olabilir. Malzemelerin yüzey özellikleri sıklıkla katalitik aktivitelerini belirler, dolayısıyla bu karmaşıklığı anlamak zorunludur. Bu nedenle bilim insanları HEA’ların katalitik özelliklerinin atomik konfigürasyonlarıyla nasıl ilişkili olduğunu anlamaya çalışıyor.
HEA’ların yüzeylerinin atomik düzeydeki yapısını değiştirmek ve katalitik özelliklerini test etmek için bir araştırma ekibi şimdi yeni bir deneysel platform geliştirdi. 26 Temmuz 2023’te Nature Communications dergisi bu keşifle ilgili bir rapor yayınladı.
Çalışmanın ortak yazarı ve Tohoku Üniversitesi Çevre Çalışmaları Enstitüsü’nde profesör olan Toshimasa Wadayama, çalışmada, Cantor alaşımı olarak bilinen ve bileşenlerin (Cr-Mn-Fe-Co-Ni) karışımına sahip bir alaşımın ince katmanlarının platin (Pt) substratlar üzerinde oluşturulduğunu açıklıyor. Bu sayede oksijen indirgeme reaksiyonu (ORR) araştırmaları için bir model yüzey oluşturuldu.
Araştırmacılar Pt-HEA’ların yüzey atomik yapısını incelemiş ve gelişmiş görüntüleme teknikleri kullanarak ORR özelliklerini araştırmışlardır. Pt-HEA yüzeylerinin ORR’de platin-kobalt alaşımından oluşan yüzeylerden daha iyi performans gösterdiğini buldular. Bu durum, Pt-HEA’ların dikkat çekici katalitik özelliklerinin, yüzeye yakın elementlerin atomik düzenlemesi ve dağılımının bir sonucu olduğunu ve bunun da “sözde çekirdek-kabuk benzeri bir yapı” ile sonuçlandığını göstermektedir.
Wadayama ve ekibi, bulgularının hem diğer nanomalzemelere hem de herhangi bir kurucu elemente geniş bir şekilde uygulanabileceğini vurguluyor.
Yeni inşa ettiğimiz deneysel çalışma platformumuz, çok bileşenli alaşımların yüzey mikro yapıları ile katalitik özellikleri arasındaki kesin bağlantıyı netleştirmek için bize güçlü bir araç sunmaktadır. Malzeme bilişimi için güvenilir eğitim veri setleri sunacaktır, çünkü herhangi bir kurucu element ve orandaki HEA’ların atomik seviyesi, yüzey mikro yapısı ve elektrokatalitik özellikleri arasındaki kesin korelasyonları tanımlamak için geçerlidir. Bu platform, elektrokatalizin yanı sıra daha birçok işlevsel nanomalzeme alanında da kullanılabilir.
Grup, elektrokimyasal yüzey alanlarını iyileştirmeyi amaçlayan Pt-HEA-nanopartikülleri kullanarak, bu platformu gelecekte kullanılabilir elektrokatalize dönüştürmeyi umuyor.
Kaynak: Nature Communications
