Sciencemag.cz
Doporučujeme
Když se nedaří vyrobit slitinu dvou prvků, může být řešením jich smíchat pět.
Od chvíle, kdy se se začala tepelně opracovávat měď, se experimentovalo i s jejími slitinami. V nedávné době se slitiny různých (především) kovů uplatňují mj. při katalýze. Je přitom potřeba, aby příslušné nanočástice opravdu obsahovaly oba prvky, nestačí tedy prostě do reakční nádoby nasypat vedle sebe dva různé kovové prášky. Co ale když prvky slitinu vytvářet nechtějí?
Příkladem je kobalt a molybden, které se smíchat dají jen obtížně. Přitom pro určité reakce, např. rozklad amoniaku, by se nám hodil právě takový katalyzátor (PH: zřejmě dvě katalytická centra těsně vedle sebe). Potíž se dá obejít tak, že vědci vytvořili nejprve slitinu železa, niklu a mědi. Do té se již kobalt a molybden přimíchat dá, výsledkem jsou pak směsi, které vykazují postačující katalytickou aktivitu. Autoři výzkumu (Chao Wang z Johns Hopkins University a jeho kolegové z University of Maryland, University of Illinois – Chicago a University of Pittsburgh) ve studii publikované v Nature Communications v označují výsledný katalyzátor jako slitinu s vysokou entropií (high-entropy alloy).
Vysoká entropie, tedy cca náhodnost uspořádání kovů ve slitině, ji údajně umožňuje vůbec připravit – za předpokladu, že dva požadované prvky jsou mísitelné samy pouze obtížně. Slitina Co-Mo-Fe-Ni-Cu dokázala efektivně rozkládat amoniak, což by se mohlo někdy využít v technologiích spojených s vodíkem včetně palivových článků.
Nanočástice ze slitin s vysokou entropií by se v roli katalyzátorů mohly uplatňovat i mnohem obecněji.
Highly efficient decomposition of ammonia using high-entropy alloy catalysts. Nature Communications. doi.org/10.1038/s41467-019-11848-9
Zdroj: Johns Hopkins University/Phys.org a další
Poznámky PH:
Zrovna rozklad amoniaku v palivových článcích působí divně…? Na to, jak obtížně naopak amoniak získáváme, na roli dusíkatých hnojiv, existují snad jednodušší zdroje vodíku…
Směs pěti látek má obecně vyšší entropii než směs dvou. Bude taková směs ale opravdu „náhodná“, vysokoentropická, pokud se dva požadované kovy smíchat nechtějí? Nestane se pak třeba, že stejně příslušné atomy se budou mít tendenci při ztuhnutí uspořádat relativně co nejdál od sebe? (Pří míšení „běžných“ kapalin hraje roli hlavně to, nakolik jsou polární. Co určuje mísitelnost jednotlivých kovů?)
Viz také: Kouzla slitin s vysokou entropií
O amoniaku se uvažuje jako o uskladnění energie ne proto, že by bylo jednoduché jej získávat. Pokud bychom se bavili o vodíku, ten se taky elektrolýzou draze získává. Ta hlavní výhoda amoniaku proti vodíku je v tom, že neproniká stěnami nádrže, neničí nádrž, dá se tím pádem jednodušeji skladovat a teoreticky je tedy jeho uskladnění levnější. Navíc má výhodu, že při úniku je cítit, takže se snáze zabrání nehodám. Díky tomu, že zkapalní při nižších tlacích a má víc atomů vodíku na jednu molekulu se dosahuje větší energetická výtěžnost na objem.