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Bei der Suche nach Katalysatoren für die Energiewende sind Materialien aus mindestens fünf Elementen besonders vielversprechend. Nur gibt es davon theoretisch Millionen – wie findet man da das leistungsstärkste? Einem Forschungsteam unter Leitung von Prof. Dr. Alfred Ludwig, Leiter des Lehrstuhls Materials Discovery and Interfaces, MDI, ist es gelungen, in einem einzigen Schritt alle möglichen Kombinationen aus fünf Elementen auf einem Träger unterzubringen. Zusätzlich entwickelten die Forschenden eine Methode, um das elektrokatalytische Potenzial jeder einzelnen der Kombinationen in dieser Mikromaterialbibliothek im Hochdurchsatz zu analysieren. So wollen sie die Suche nach potenziellen Katalysatoren um ein Vielfaches beschleunigen. Das Team berichtet in der Zeitschrift Advanced Materials vom 21. Dezember 2022.

Ein komplettes fünf-elementiges Materialsystem auf einem einzigen Träger

Bei der Herstellung von Materialbibliotheken sogenannter Hochentropielegierungen setzen die Bochumer Forschenden auf ein Sputterverfahren. Dabei werden alle Ausgangstoffe zeitgleich aus verschiedenen Richtungen auf einen Träger aufgebracht. Auf jeder Stelle des Trägers schlagen sich die Ausgangsstoffe in verschiedenen Mischungsverhältnissen nieder.

„Dieses Verfahren haben wir in der aktuellen Arbeit durch den Einsatz von Lochblenden so verfeinert, dass jede Materialmischung nur noch in einem winzigen Punkt von etwa 100 Mikrometer Durchmesser auf dem Träger entsteht“, beschreibt Alfred Ludwig. Dies entspricht ungefähr dem Durchmesser eines menschlichen Haars. „Durch die Miniaturisierung der Materialbibliotheken sind wir jetzt in der Lage, ein komplettes Fünf-Komponentensystem auf einem einzigen Träger unterzubringen – ein enormer Fortschritt“, ergänzt Dr. Lars Banko vom Lehrstuhl MDI, der seit kurzem das EXIST-geförderte Startup Projekt xemX leitet. Für die Untersuchung der so entstandenen Materialien nutzen die Forschenden die sogenannte Scanning Electrochemical Cell Microscopy, kurz SECCM.