Les alliages Heusler sont des matériaux magnétiques fabriqués à partir de trois métaux différents qui ne sont pas magnétiques individuellement. Les alliages sont largement utilisés pour leurs propriétés magnétiques et thermoélectriques, et leur capacité à retrouver leur forme d'origine après avoir été déformés, connue sous le nom de mémoire de forme. Les recherches menées par An-Pang Tsai, scientifique en matériaux avancés de l'Université de Tohoku, et ses collègues montrent désormais que ces matériaux peuvent également être affinés pour accélérer les réactions chimiques. Cette capacité catalytique est examinée dans la revue Science et technologie des matériaux avancés .

Les alliages Heusler ont une composition typique de deux parties de métal X, une partie en métal Y, et une partie en métal Z (X2YZ). Chacun des trois provient d'une région distincte du tableau périodique des éléments. L'alliage Heusler d'origine, découvert en 1898, était Cu 2 MnAl, en cuivre, manganèse et aluminium. De nombreuses autres combinaisons de métaux ont été trouvées plus tard dans l'arrangement X2YZ.

Alors que Tsai et ses collègues enquêtaient sur un autre type de structure, appelés quasicristaux, à la fin des années 1980, ils ont créé une série de nouveaux composés en substituant des éléments existants par d'autres de leurs mêmes groupes dans le tableau périodique, tant qu'ils avaient une taille atomique similaire. Ils ont ensuite appliqué ce concept pour fabriquer un grand nombre de nouveaux alliages Heusler.

Tsai et ses collègues ont étudié le potentiel de 12 alliages Heusler comme catalyseurs pour l'hydrogénation du propyne, une réaction qui est utilisée dans l'industrie des plastiques, et pour l'oxydation du monoxyde de carbone, un processus important pour contrôler la pollution. Ils ont utilisé des éléments relativement peu coûteux pour fabriquer leurs alliages et ont trouvé des catalyseurs prometteurs très sélectifs pour l'hydrogénation du propyne. Ceux-ci impliquaient une combinaison de cobalt pour le métal X, manganèse ou fer pour le métal Y, et le gallium ou le germanium pour le métal Z. L'équipe soupçonnait que les propriétés catalytiques des alliages pouvaient être affinées pour des réactions cibles spécifiques. Ils ont également constaté que le métal X est le principal élément actif dans ces réactions, tandis que les éléments Y et Z sont impliqués dans l'activité du catalyseur, sélectivité et durabilité. Certains alliages, comme celui fait de cobalt, titane et étain, s'est également révélé prometteur pour l'oxydation du monoxyde de carbone.

Tsai et ses collègues pensent que l'informatique des matériaux, qui utilise le big data pour découvrir de nouveaux matériaux, pourrait être particulièrement pertinent pour la découverte de nouveaux catalyseurs à partir d'alliages Heusler en raison de leur disposition bien définie.

Les recherches futures devraient se concentrer sur l'incorporation de nanoparticules contenant des éléments catalytiques dans le réseau cristallin des alliages Heusler. Cela augmenterait la surface disponible pour les réactions catalytiques, l'amélioration de l'activité catalytique du matériau.

"C'était la passion du professeur Tsai de jouer avec les éléments et de créer de nouveaux matériaux, avec d'énormes succès dès le début, " dit Alok Singh de l'Institut national japonais des sciences des matériaux. " Il a breveté ses travaux récents, et nous espérons les voir fonctionner en collaboration avec l'industrie. En attendant, ses collègues continueront à travailler à leur développement, avec leurs progrès inspirant la poursuite du travail."