許多與新能源有關(guān)的化學(xué)反應(yīng)都非常復(fù)雜，造成相當(dāng)大的能量損失。因此，能量轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)系統(tǒng)或燃料電池尚未廣泛應(yīng)用于商業(yè)應(yīng)用。位于德國(guó)杜塞爾多夫的魯爾-波洪大學(xué)(RUB)和馬普學(xué)會(huì)的研究人員發(fā)現(xiàn)一種新型催化劑，這種催化劑理論上適合于普遍使用。這些所謂的高熵合金是由接近相等比例五種或五種以上的元素混合而成。它們可能最終會(huì)突破傳統(tǒng)催化劑幾十年來(lái)無(wú)法逾越的邊界。研究小組在美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)《能源通訊》上發(fā)表其研究結(jié)果并描述了它們不同尋常的電催化工作原理及其系統(tǒng)應(yīng)用潛力。

   用于電催化研究的材料庫(kù)

   高熵合金材料的物理性能具有廣闊的應(yīng)用前景。在氧還原過(guò)程中，它們已經(jīng)達(dá)到了鉑催化劑的活性。來(lái)自RUB微技術(shù)材料系主任的阿爾弗雷德路德維希教授解釋說(shuō)：在我們的部門(mén)，有獨(dú)特的方法來(lái)制造這些復(fù)雜材料，這些材料由五種不同成分的元素以薄膜或納米顆粒庫(kù)的形式制成。源元素的原子混合在等離子體中，并在離子液體基質(zhì)中形成納米粒子。如果納米粒子位于各自原子源附近，則來(lái)自該原子源的原子在各自粒子中所占的百分比更高，到目前為止，對(duì)這種材料在電催化中的應(yīng)用進(jìn)行的研究非常有限。

   操縱個(gè)體反應(yīng)階段

   這種情況預(yù)計(jì)在不久的將來(lái)會(huì)有所改變。研究人員假設(shè)，不同相鄰元素之間獨(dú)特的相互作用可能為用等價(jià)材料替代貴金屬鋪平道路。分析化學(xué)摩擦椅電化學(xué)科學(xué)中心的博士研究員Tobias Loffler說(shuō)：新研究發(fā)現(xiàn)了其他獨(dú)特的特征，例如，這可能也會(huì)影響個(gè)體反應(yīng)步驟之間的相互依賴關(guān)系。因此，它將有助于解決許多能量轉(zhuǎn)換反應(yīng)的主要問(wèn)題之一，即否則不可避免的巨大能量損失，理論上的可能性似乎好得令人難以置信。

   正在進(jìn)行的研究

   為了促進(jìn)研究的快速發(fā)展，來(lái)自Bochum和Dusseldorf的研究小組描述了他們的初步發(fā)現(xiàn)，目的是解釋第一個(gè)有特色的觀察結(jié)果，概述挑戰(zhàn)，并提出第一個(gè)指南——所有這些都有助于推進(jìn)研究。研究結(jié)果反映了這種合金的復(fù)雜性，在評(píng)估其實(shí)際潛力之前，需要進(jìn)行許多分析。然而，迄今為止，沒(méi)有任何一項(xiàng)發(fā)現(xiàn)排除取得突破的可能性。

   三維可視化

   催化劑納米粒子的表征也有利于研究，杜塞爾多夫馬普學(xué)會(huì)(Max-Planck-Institut fur Eisenforschung)的克里斯蒂娜休(Christina Scheu)教授表示：為了準(zhǔn)確了解催化劑的結(jié)構(gòu)如何影響其活性，在原子水平上對(duì)催化劑表面進(jìn)行高分辨率可視化是一個(gè)有用的工具，最好是三維可視化。研究人員已經(jīng)證明，這是一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，如果還沒(méi)有應(yīng)用到這類(lèi)催化劑。這些催化劑是否將促進(jìn)向可持續(xù)能源管理過(guò)渡的問(wèn)題仍有待回答，通過(guò)研究，將為這個(gè)領(lǐng)域正在進(jìn)行的研究打下基礎(chǔ)。