Heusler-legeringar är magnetiska material gjorda av tre olika metaller som inte är magnetiska individuellt. Legeringarna används brett för sina magnetiska och termoelektriska egenskaper, och deras förmåga att återta sin ursprungliga form efter att ha blivit deformerad, känt som formminne. Undersökningar av Tohoku Universitys avancerade materialforskare An-Pang Tsai och kollegor visar nu att dessa material också kan finjusteras för att påskynda kemiska reaktioner. Denna katalytiska förmåga granskas i tidskriften Vetenskap och teknik för avancerade material .

Heusler-legeringar har en typisk sammansättning av två delar metall X, en del metall Y, och en del metall Z (X2YZ). Var och en av de tre kommer från en distinkt region av det periodiska systemet för grundämnen. Den ursprungliga Heusler-legeringen, upptäcktes 1898, var Cu ₂ MnAl, gjord av koppar, mangan och aluminium. Många andra kombinationer av metaller hittades senare inom X2YZ-arrangemanget.

Medan Tsai och hans kollegor undersökte en annan typ av struktur, kallas kvasikristaller, i slutet av 1980-talet, de skapade en serie nya föreningar genom att ersätta befintliga grundämnen med andra från samma grupper i det periodiska systemet, så länge de hade en liknande atomstorlek. De tillämpade senare detta koncept för att tillverka ett stort antal nya Heusler-legeringar.

Tsai och hans kollegor undersökte potentialen hos 12 Heusler-legeringar som katalysatorer för propynhydrering, en reaktion som används inom plastindustrin, och för oxidation av kolmonoxid, en viktig process för att kontrollera föroreningar. De använde relativt billiga element för att tillverka sina legeringar och hittade lovande katalysatorer som var mycket selektiva för propynhydrering. Dessa involverade en kombination av kobolt för metall X, mangan eller järn för metall Y, och gallium eller germanium för metall Z. Teamet misstänkte att legeringarnas katalytiska egenskaper kunde finjusteras för specifika målreaktioner. De fann också att metall X är det huvudsakliga aktiva elementet i dessa reaktioner, medan elementen Y och Z är involverade i katalysatorns aktivitet, selektivitet och hållbarhet. Vissa legeringar, som en gjord av kobolt, titan och tenn, visade också lovande för kolmonoxidoxidation.

Tsai och hans kollegor tror på materialinformatik, som använder big data för att upptäcka nytt material, kan vara särskilt relevant för upptäckten av nya katalysatorer från Heusler-legeringar på grund av deras väldefinierade arrangemang.

Framtida forskning förväntas fokusera på att införliva nanopartiklar som innehåller katalytiska element i kristallgittret av Heusler-legeringar. Detta skulle öka den tillgängliga ytan för katalytiska reaktioner, förbättra materialets katalytiska aktivitet.

"Det var professor Tsais passion att leka med element och skapa nya material, med enorma framgångar från tidigt, " säger Alok Singh från Japans nationella institut för materialvetenskap. "Han har patenterat sina senaste verk, och vi hoppas få se dem i drift i samarbete med industrin. Sålänge, hans kollegor kommer att fortsätta arbeta med sin utveckling, med deras framsteg som inspirerar till fortsatt arbete."