La aleación es un truco de magia que se utiliza para producir nuevos materiales mezclando sinérgicamente al menos dos elementos metálicos para formar una solución sólida. Los desarrollos recientes en la ciencia han encontrado grandes aplicaciones de materiales de aleación en catálisis, para lo cual se utilizan partículas bimetálicas o trimetálicas a escala nanométrica para acelerar la velocidad de las reacciones químicas. Pero la aplicación de aleaciones como catalizadores está limitada por la llamada "miscibilidad, "como ninguna combinación arbitraria de elementos puede formar una aleación homogénea, tampoco para un ajuste robusto de la relación entre los dos componentes.

Reportado en Comunicaciones de la naturaleza esta semana, un equipo de investigación dirigido por el investigador de la Universidad Johns Hopkins, Chao Wang, trabajando con colaboradores de la Universidad de Maryland, Universidad de Illinois en Chicago, y la Universidad de Pittsburgh, descubrió un nuevo método para romper esta limitación. En este trabajo, mezclan Co y Mo, dos elementos que rara vez son miscibles, pero qué combinación se cree que es importante para catalizar reacciones químicas relevantes para la energía, como la descomposición del amoniaco. En lugar de mezclarlos directamente, Chao y su equipo agregaron otros tres ingredientes, Fe, Ni y Cu, todos los cuales son metales de transición abundantes en la tierra. Cuando los cinco elementos se unen en una partícula de nanómetros de tamaño, se forma una sola solución sólida homogénea que permite la incorporación de átomos de Co y Mo en diversas proporciones. Los científicos llaman a este grupo de materiales "aleaciones de alta entropía".

"El truco detrás es aumentar el desorden, aleatoriedad de la forma en que los átomos de metal se alinean en los cristales de aleación, "explica Wang, profesor asistente en el Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular de la Escuela de Ingeniería de Johns Hopkins Whiting.

La cantidad que describe este fenómeno se llama "entropía" en física. Las nanopartículas de aleación quinaria creadas por Wang y su equipo resultan poseer una entropía más alta que la convencional. aleaciones bimetálicas o trimetálicas relativamente simples. En esta condición única, las características atómicas de los diferentes elementos se renderizan y se vuelven más fáciles de mezclar.

Se cree que las nanopartículas de aleación de alta entropía tienen un gran potencial para aplicaciones catalíticas.

"Ahora que podemos hacer nanopartículas de aleación de elementos que antes se creía inmiscibles, somos capaces de crear nuevos, catalizadores sin precedentes con propiedades óptimas de adsorción de superficie para reacciones específicas, "dicho por Pengfei Xie, un becario postdoctoral en el laboratorio de Wang, y primer autor del Comunicaciones de la naturaleza papel.

Los científicos demostraron que las nanopartículas de aleación de Co-Mo-Fe-Ni-Cu son excelentes catalizadores para romper el enlace químico entre los átomos de nitrógeno e hidrógeno en el amoníaco. una forma importante de liberar hidrógeno de esta sustancia química líquida para alimentar las pilas de combustible y alimentar los futuros vehículos eléctricos.