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Introduzidas em 2004, as ligas de alta entropia (HEAs) são ligas compostas de vários elementos principais em proporções quase equiatômicas. Sua composição química única resulta em um alto grau de desordem química, ou seja, entropia, e produz propriedades notáveis, como alta resistência, ductilidade e forte resistência ao desgaste, mesmo em altas temperaturas. Os cientistas dedicaram muita atenção ao desenvolvimento de novos HEAs para ajudar a melhorar o desempenho de vários materiais eletrocatalisadores.
Por serem compostos de diferentes elementos constituintes, os projetos de superfície em nível atômico dos HEAs podem ser complexos. Mas desvendar essa complexidade é crucial, uma vez que as propriedades de superfície dos materiais geralmente ditam sua atividade catalítica. Daí porque os pesquisadores estão buscando entender a correlação entre o arranjo atômico e as propriedades catalíticas exibidas pelos HEAs.
Agora, uma equipe de pesquisa colaborativa criou uma nova plataforma experimental que permite o controle da estrutura em nível atômico das superfícies dos HEAs e a capacidade de testar suas propriedades catalíticas. Sua descoberta foi relatada na revista Natureza Comunicações em 26 de julho de 2023.
“Em nosso estudo, fizemos camadas finas de uma liga chamada liga de Cantor, que contém uma mistura de elementos (Cr-Mn-Fe-Co-Ni), em substratos de platina (Pt)”, explica Toshimasa Wadayama, co-autor de o papel e um professor da Escola de Pós-Graduação de Estudos Ambientais da Universidade de Tohoku. “Isso produziu uma superfície modelo para estudar uma reação específica chamada reação de redução de oxigênio (ORR)”.
Usando técnicas avançadas de imagem, o grupo examinou a estrutura em nível atômico das superfícies de Pt-HEAs e estudou suas propriedades ORR. Eles descobriram que as superfícies de Pt-HEAs tiveram melhor desempenho em ORR em comparação com superfícies feitas de uma liga de platina-cobalto. Isso indica que o arranjo atômico e a distribuição dos elementos próximos à superfície, que criam uma ‘estrutura pseudo-núcleo-casca’, contribuem para as excelentes propriedades catalíticas do Pt-HEAs.
Wadayama e seu grupo enfatizam a ampla aplicabilidade de suas descobertas, tanto para quaisquer elementos constituintes quanto para outros nanomateriais.
“Nossa plataforma de estudo experimental recém-construída nos fornece uma ferramenta poderosa para elucidar a relação detalhada entre microestruturas de superfície de liga multicomponente e suas propriedades catalíticas. É válido para esclarecer as correlações precisas entre o nível atômico, microestrutura de superfície e propriedades eletrocatalíticas de HEAs de quaisquer elementos constituintes e proporções e, portanto, forneceriam conjuntos de dados de treinamento confiáveis para informática de materiais. A plataforma é aplicável não apenas à eletrocatálise, mas também em vários campos de nanomateriais funcionais.”
Olhando para o futuro, o grupo espera expandir esta plataforma em eletrocatálise prática usando nanopartículas de Pt-HEA que buscam aumentar as áreas de superfície eletroquímica.
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