Stefano Curtarolo

Onderzoekers van de Duke-universiteit zijn op zoek naar alternatieve materialen voor het dure platina. Daarbij laten ze een computer het vuile werk doen. Die schijnt al een aantal kandidaten gevonden te hebben van (binaire) legeringen in de platinagroep. “We zoeken materiaal met de eigenschappen van ‘durium’ om ‘goedkopium’ te kunnen ontwikkelen”, zegt Stefano Curtarolo, een van de betrokken onderzoekers. “We proberen de ontdekking van nieuwe materialen te automatiseren en we gebruiken ons systeem om sneller verder te kunnen komen.”

Platina is een edelmetaal dat tal van toepassingen heeft, vooral als katalysator, voor de productie van olieproducten, kunststoffen en voor het verwijderen van schadelijke stoffen uit uitlaatgassen. Platina is duur. Een van de verbindingen die uit het onderzoek is voortgekomen is vergelijkbaar met platina, maar goedkoper en zou nog gunstig zijn voor het milieu, stellen de onderzoekers.
Het met de computer achterhalen van geschikte kandidaten voor het vervangen van platina is gebaseerd op het werk dat Curtarolo al jaren heeft gestoken in de ontwikkeling van algoritmes (computermodellen) en databanken. De onderzoekers gebruiken theoretische modellen om de wisselwerking tussen de atomen te kunnen simuleren. Ze hebben met hun rekenmodellen duizenden kandidaten ‘doorgespit’. Na bijna 40 000 rekensessies bestaat de oogst uit 37 binaire legeringen van elementen uit de platina-groep, waartoe, onder meer, osmium, ruthetium, rhodium en palladium behoren. Ook deze ‘familieleden’ van platina staan bekend om hun katalytische eigenschappen, hebben weinig last van chemische corrosie en presteren goed bij hoge temperaturen, maar ook deze materialen zijn gewild en schaars, vaak schaarser dan platina.

Nu kijken of de kandidaten ook slagen, want de rekensessies leveren vooral stabiele legeringen op, niet zo zeer wat ze kunnen. “De legeringen die we vinden kunnen bijna altijd gemaakt worden, maar we weten niet altijd of ze nuttig zijn.”
Naast het achterhalen van onbekende, mogelijk, nuttige legeringen is het rekenmodel van Curtarolo ook in staat de structuur van bekende materialen te berekenen. Zo kan blijken dat sommige materialen onstabiel zijn bij lage temperaturen. Dat is niet op de voorhand duidelijk, omdat die materialen moeilijk zijn te fabriceren. Curtarolo: “We hopen dat we hiermee, gegeven bepaalde doelstellingen, sneller en goedkoper alternatieven kunnen vinden. 300 studenten zouden vijf jaar bezig zijn met al de mogelijkheden te bekijken die wij hebben bekeken. Wij kunnen, gegeven bepaalde doelstelling, de experimentele materiaaldeskundigen 20 jaar bezighouden.”

Bron: Science Daily