Las aleaciones de Heusler son materiales magnéticos hechos de tres metales diferentes que no son magnéticos individualmente. Las aleaciones se utilizan ampliamente por sus propiedades magnéticas y termoeléctricas, y su capacidad para recuperar su forma original después de deformarse, conocido como memoria de forma. Las investigaciones del científico de materiales avanzados de la Universidad de Tohoku, An-Pang Tsai, y sus colegas ahora muestran que estos materiales también se pueden ajustar para acelerar las reacciones químicas. Esta capacidad catalítica se revisa en la revista Ciencia y tecnología de materiales avanzados .

Las aleaciones de Heusler tienen una composición típica de dos partes de metal X, una parte de metal Y, y una parte de metal Z (X2YZ). Cada uno de los tres proviene de una región distinta de la tabla periódica de elementos. La aleación original de Heusler, descubierto en 1898, era Cu ₂ MnAl, hecho de cobre, manganeso y aluminio. Más tarde se encontraron muchas otras combinaciones de metales dentro del arreglo X2YZ.

Mientras Tsai y sus colegas investigaban otro tipo de estructura, llamados cuasicristales, a finales de la década de 1980, crearon una serie de nuevos compuestos sustituyendo elementos existentes con otros de sus mismos grupos en la tabla periódica, siempre que tuvieran un tamaño atómico similar. Posteriormente aplicaron este concepto para fabricar una gran cantidad de nuevas aleaciones de Heusler.

Tsai y sus colegas investigaron el potencial de 12 aleaciones de Heusler como catalizadores para la hidrogenación de propino, una reacción que se utiliza en la industria del plástico, y para la oxidación del monóxido de carbono, un proceso importante para controlar la contaminación. Utilizaron elementos relativamente económicos para fabricar sus aleaciones y encontraron catalizadores prometedores que eran muy selectivos para la hidrogenación de propino. Estos involucraron una combinación de cobalto para el metal X, manganeso o hierro para el metal Y, y galio o germanio para el metal Z. El equipo sospechaba que las propiedades catalíticas de las aleaciones podrían ajustarse para reacciones objetivo específicas. También encontraron que el metal X es el principal elemento activo en estas reacciones, mientras que los elementos Y y Z están involucrados en la actividad del catalizador, selectividad y durabilidad. Algunas aleaciones, como uno hecho de cobalto, titanio y estaño, también se mostró prometedor para la oxidación del monóxido de carbono.

Tsai y sus colegas creen que la informática de materiales, que utiliza macrodatos para descubrir nuevos materiales, podría ser particularmente relevante para el descubrimiento de nuevos catalizadores a partir de aleaciones de Heusler debido a su disposición bien definida.

Se espera que la investigación futura se centre en la incorporación de nanopartículas que contienen elementos catalíticos en la red cristalina de las aleaciones de Heusler. Esto aumentaría el área de superficie disponible para reacciones catalíticas, mejorando la actividad catalítica del material.

"La pasión del profesor Tsai era jugar con los elementos y crear nuevos materiales, con grandes éxitos desde el principio, "dice Alok Singh del Instituto Nacional de Ciencia de Materiales de Japón." Ha patentado sus trabajos recientes, y esperamos verlos en funcionamiento en colaboración con la industria. Mientras tanto, sus compañeros seguirán trabajando en su desarrollo, con su progreso inspirando trabajo adicional ".