(أخبار نانويرك): المحفزات الكهربائية الفعالة، اللازمة لإنتاج الهيدروجين الأخضر، على سبيل المثال، مخبأة في مواد تتكون من خمس عناصر أو أكثر. فريق بحثي من جامعة الروهر في بوخوم اﻷلمانية (RUB- Ruhr-Universität Bochum) وجامعة كوبنهاغن قد طوروا طريقة فعالة لتحديد المواد الواعدة من ضمن عدد لا يحصى من المواد الممكنة. وتحقيقا لهذه الغاية فقدجمع الباحثون بين التجارب المعملية والمحاكاة النموذجية.
وقد قاموا بنشر تقريرهم في دورية Advanced Energy Materials بعنوان (“تحليل التركيب – النشاط – اتجاهات الاستقرار في المحفزات الكهربائية عالية الانتروبيا* باستخدام إستراتيجية تجميعية موجّهة بالبيانات والنمذجة الحاسوبية”)**.
الملايين من الأنظمة يمكن تصورها
السبائك العالية الإنتروبيا (HEAs) هي مواد معقدة كيميائيًا تتكون من خليط من خمسة عناصر أو أكثر. ما يثير الاهتمام فيها هو أنها توفر إمكانات جديدة لتطوير المحفزات الكهربائية. هناك حاجة ماسة لمثل هذه المحفزات لجعل عمليات تحويل الطاقة أكثر كفاءة، على سبيل المثال لإنتاج واستخدام الهيدروجين الأخضر.
يشرح البروفيسور ألفريد لودفيج، الذي يرأس كرسي اكتشاف المواد والواجهات في جامعة الروهر في بوخوم اﻷلمانية “المشكلة مع السبائك العالية الإنتروبيا (HEA) هي أنه ظاهريا، الملايين من أنظمة الانتروبيا ممكنة ويشتمل كل نظام على عشرات الآلاف من التراكيب المختلفة، يكاد يكون من المستحيل معالجة مثل هذا التعقيد باستخدام الأساليب المعمول بها والإجراءات التقليدية العالية في الإنتاجية”.
خمسة مصادر وست مجاميع
يصف الباحثون طريقة جديدة في ورقتهم البحثية من شأنها أن تساعد للعثور على سبائك واعدة العالية الإنتروبيا من أجل التحفيز الكهربائي. في الخطوة الأولى حيث طور الفريق طريقة مبتكرة لإنتاج أكبر عدد ممكن من التركيبات المحتملة. لهذا الغرض، استخدموا نظامًا رشاشًا يعالج في نفس الوقت المواد الأساسية الخمسة. يشرح الباحث الدكتور لارس بانكو في (RUB) “يمكنك تخيل هذا على شكل خمس علب رش موجهة إلى نقطة واحدة للماد المستهدفة”.
ينتج عن هذه الطريقة تركيبة محددة للغاية لمواد المصدر الخمسة في كل نقطة من الناقل، ما نطلق عليه مسمى مكتبات المواد. نظرًا لأن هذا التكوين يتأثر أيضًا بحالة مصادر المواد المستهدفة، وقد قام فريق البحث بتعديلها في التجربة. مكتبات المواد من عمليات التصنيع مع ست مجاميع مختلفة من المصادر تم تمييزها لاحقًا باستخدام مقاييس العالية في الإنتاجية.
ثم قام فريق الكيمياء الكهربية في RUB بفحص مكتبات المواد بهذه الطريقة للنشاط التحفيزي الكهربائي. تشرح الدكتورة أولغا كريسياك ، التي تعد مع لارس بانكو المؤلف الرئيسي للورقة “بهذا يمكننا من تحديد الاتجاهات حيث يوجد مرشحات واعدة ومحتملة،” وقد قام الفريق بمطابقة هذه البيانات من التجربة مع مجموعة بيانات نتجت عن المحاكاة النموذجية قدمها الباحثون في جامعة كوبنهاغن من أجل فهم تكوين المواد بمزيد من التفصيل.
تمكن الباحثون من المقارنة بين المحاكاة والتجربة من استكشاف المقياس الذري للمحفزات الكهربائية، لتقدير الترتيب الإحصائي للذرات على سطح المادة وتحديد تأثيرها على النشاط التحفيزي.
المصدر: جامعة الروهر في بوخوم اﻷلمانية – الترجمة: موقع نادي نانو
الهوامش
*الانتروبيا (Entropy): يستخدم هذا المصطلح في مجالات متنوعة، من الديناميكا الحرارية الكلاسيكية، حيث تم التعرف عليه أول مرة، إلى الوصف المجهري للطبيعة في الفيزياء الإحصائية ، ومبادئ نظرية المعلومات.
EXTENS
** (“Unravelling Composition–Activity–Stability Trends in High Entropy Alloy Electrocatalysts by Using a Data-Guided Combinatorial Synthesis Strategy and Computational Modeling”).
