Muchas reacciones electroquímicas pasan por varios pasos. Cada uno debe optimizarse en una superficie de catalizador si es posible, pero se aplican requisitos diferentes a cada paso. "Dado que los catalizadores anteriores solían tener una sola funcionalidad optimizada, solo se podía hacer el mejor compromiso posible, y las pérdidas de energía no se pudieron evitar, "explica el profesor Wolfgang Schuhmann del Centro de Electroquímica de RUB.

Con soluciones sólidas complejas, varias funcionalidades se pueden realizar simultáneamente en una superficie de catalizador, superando esta limitación. Sin embargo, esto solo ocurre cuando se combinan al menos cinco elementos diferentes. Hay millones de posibilidades en las que se pueden combinar las proporciones porcentuales de los elementos respectivos. El desafío anterior de buscar una estrategia para encontrar propiedades óptimas parece responderse con esta clase de materiales. Ahora la tarea es averiguar qué combinación cumple el objetivo de la mejor manera posible. "De paso, esto también puede ser posible con elementos mucho más favorables que con los catalizadores anteriores, "Enfatiza Schuhmann.

Hacer y verificar predicciones

En su trabajo, los equipos de investigación presentan un enfoque que ofrece orientación entre las innumerables posibilidades. "Hemos desarrollado un modelo que puede predecir la actividad de reducción de oxígeno en función de la composición, permitiendo así el cálculo de la mejor composición, "explica el profesor Jan Rossmeisl del Centro de Catálisis de Aleaciones de Alta Entropía de la Universidad de Copenhague.

El equipo de Bochum proporcionó la verificación del modelo. "Podemos utilizar un sistema de pulverización combinatoria para producir bibliotecas de materiales donde cada punto de la superficie del soporte tiene una composición diferente y hay gradientes diferentes pero bien definidos en cada dirección, "explica el profesor Alfred Ludwig de la Cátedra de Nuevos Materiales e Interfaces en RUB. Usando una celda de gota de escaneo, Las propiedades catalíticas de 342 composiciones en una biblioteca de materiales se miden luego automáticamente para identificar tendencias de actividad.

"Descubrimos que el modelo original aún no hacía justicia a la complejidad y aún hacía predicciones imprecisas. Por lo tanto, lo revisamos y lo probamos de nuevo experimentalmente, "dice el Dr. Thomas Batchelor del equipo de Copenhague, quien fue científico visitante en RUB como parte de la colaboración. Esta vez, la predicción y la medición experimental mostraron una excelente concordancia, que fue confirmado por otras bibliotecas de materiales.

Esta estrategia permite que los complejos mecanismos en las superficies, que constan de cinco elementos químicos, ser identificado, dejando la mayor parte del esfuerzo de detección a la computadora. "Si el modelo resulta ser universalmente aplicable a todas las combinaciones de elementos y también a otras reacciones, uno de los mayores desafíos actuales de esta clase de catalizadores se cumpliría de manera realista, "dijo el equipo.