Interdisziplinäre Interaktionen inspirieren zu neuen Entdeckungen.

Nach einem interdisziplinären Ansatz haben Forscher in Japan neue Katalysatoren mit einzigartigen Heusler-Legierungen gefunden. Die meisten Studien an Katalysatoren wurden von Forschern der Chemie durchgeführt. Katalysatoren beziehen sich aber auch auf andere Forschungsgebiete. Zum Beispiel beinhaltet die Materialwissenschaft, einschließlich der Metallurgie, auch die Herstellung und Analyse von Katalysatoren, und die Festkörperphysik ist notwendig, um elektronische Strukturen mit katalytischen Eigenschaften zu verstehen. Daher ist für katalytische Studien die Expertise aus verschiedenen Bereichen unerlässlich.

Heusler-Legierungen (Formel: X2YZ) sind sehr beliebt als magnetische (Spintronik), thermoelektrische und Formgedächtnismaterialien. Obwohl sie als Katalysatoren fast unbekannt sind, haben sie großartige Eigenschaften: (1) viele mögliche Mengen von X, Y und Z ermöglichen die Entdeckung neuer Katalysatoren; und (2) die Möglichkeit der elementaren Substitution (z.B. X2YZ1-xZ’x) ermöglicht die Feinabstimmung der katalytischen Eigenschaften.

Takayuki Kojima von der Tohoku University, deren Doktorarbeit sich mit der Erforschung magnetischer Materialien befasste, konzipierte die Verwendung von Heusler-Legierungen als Katalysatoren und hat die Forschung mit der Forschungsgruppe An Pang Tsai durchgeführt, die Katalysatoren aus metallurgischer Sicht untersucht. Sie fanden gute Katalysatoren, Co2 (Mn oder Fe) Ge, für die selektive Hydrierung von Alkin, basierend auf Merkmal 1. Sie zeigten auch die präzise Kontrolle der Katalyse basierend auf Merkmal 2.

Die neuen Katalysatoren enthalten im Gegensatz zu industriellen Pd-basierten Katalysatoren keine Edelmetalle. Sie können die Pd-Katalysatoren ersetzen, wenn die Oberfläche ausreichend vergrößert ist, z.B. durch die Herstellung von Nanopartikeln.

Darüber hinaus ist die Abstimmung der Katalyse durch Elementarsubstitution bei herkömmlichen Legierungen schwierig. Diese Entdeckung hat nicht nur praktische Vorteile, sondern wird auch für die Untersuchung von Katalysemechanismen an Legierungen nützlich sein, die noch nicht vollständig bekannt sind.

Ziel des Teams ist es nun, praktische Katalysatoren mit großer Oberfläche zu entwickeln und die Mechanismen einer guten Leistung in die Tiefe zu führen. „Wir glauben, dass diese Studie viele Forscher in allen verwandten Bereichen inspirieren wird, gute Heusler-Katalysatoren für verschiedene Reaktionsprozesse zu finden“, sagt Kojima.

Mehr Informationen:
Takayuki Kojima et al, Katalyse-abstimmbare Heusler-Legierungen bei der selektiven Hydrierung von Alkinen: Ein neues Potenzial für alte Materialien, Science Advances (2018). DOI: 10.1126/sciadv.aat6063

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