許多與新能源有關的化學反應都非常複雜，造成相當大的能量損失。因此，能量轉換和存儲系統或燃料電池尚未廣泛應用於商業應用。位於德國杜塞爾多夫的魯爾-波洪大學(RUB)和馬普學會的研究人員發現一種新型催化劑，這種催化劑理論上適合於普遍使用。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。它們可能最終會突破傳統催化劑幾十年來無法逾越的邊界。研究小組在美國化學學會《能源通訊》上發表其研究結果並描述了它們不同尋常的電催化工作原理及其系統應用潛力。

用於電催化研究的材料庫

高熵合金材料的物理性能具有廣闊的應用前景。在氧還原過程中，它們已經達到了鉑催化劑的活性。來自RUB微技術材料系主任的阿爾弗雷德?路德維希教授解釋說：在我們的部門，有獨特的方法來製造這些複雜材料，這些材料由五種不同成分的元素以薄膜或納米顆粒庫的形式製成。源元素的原子混合在等離子體中，並在離子液體基質中形成納米粒子。如果納米粒子位於各自原子源附近，則來自該原子源的原子在各自粒子中所佔的百分比更高，到目前為止，對這種材料在電催化中的應用進行的研究非常有限。

操縱個體反應階段

這種情況預計在不久的將來會有所改變。研究人員假設，不同相鄰元素之間獨特的相互作用可能為用等價材料替代貴金屬鋪平道路。分析化學摩擦椅電化學科學中心的博士研究員Tobias Loffler說：新研究發現了其他獨特的特徵，例如，這可能也會影響個體反應步驟之間的相互依賴關係。因此，它將有助於解決許多能量轉換反應的主要問題之一，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。

正在進行的研究

為了促進研究的快速發展，來自Bochum和Dusseldorf的研究小組描述了他們的初步發現，目的是解釋第一個有特色的觀察結果，概述挑戰，並提出第一個指南——所有這些都有助於推進研究。研究結果反映了這種合金的複雜性，在評估其實際潛力之前，需要進行許多分析。然而，迄今為止，沒有任何一項發現排除取得突破的可能性。

三維可視化

催化劑納米粒子的表徵也有利於研究，杜塞爾多夫馬普學會(Max-Planck-Institut fur Eisenforschung)的克里斯蒂娜?休(Christina Scheu)教授表示：為了準確了解催化劑的結構如何影響其活性，在原子水平上對催化劑表面進行高解析度可視化是一個有用的工具，最好是三維可視化。研究人員已經證明，這是一個可以實現的目標，如果還沒有應用到這類催化劑。這些催化劑是否將促進向可持續能源管理過渡的問題仍有待回答，通過研究，將為這個領域正在進行的研究打下基礎。

Michael Meischein站在濺射系統的前面，在濺射系統中，納米粒子是通過共沉積到離子液體中製備的。圖片：RUB, Marquard

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