構造

2022 年 6 月 24 日

延世大学による

韓国を拠点とする研究者らは、第一原理量子力学シミュレーションを利用して、酸化イリジウムのさまざまな多形相における構造と特性の関係をより深く理解し、酸素発生反応（OER）の触媒における酸化イリジウムの優れた性能を解明した。 OER は、水を触媒的に分解して酸素を発生させる重要な半電池反応です。 しかし、OER の固有の反応速度が遅いため、これは一般に全体的な触媒性能の低下につながります。

計算材料科学者のアロイシウス・スーン教授と延世大学材料科学工学部のチームによる最新の発見は、アモルファス構造における非等価結合性がどのようにイリジウムカチオンの荷電状態の柔軟性を強力に強化するかについての新たな物理化学的洞察を実証している。 、したがって、結晶質の対応物と比較して、求電子性酸素の存在を促進します。 スーン教授はネイチャー・コミュニケーションズ誌に次のように書いている。「高性能ナノ細孔を含むイリジウム酸化物のアモルファス酸化物の基本的な原子スケールの理解は依然として非常に不足している。そしてそれはさらなる性能向上のための設計ルールの確立を大きく妨げている。」

「実験的に報告されている（しかしあまり研究されていない）準安定ナノ多孔質およびアモルファスイリジウム酸化物に関するこの計算研究は、化学量論未満のアモルファスイリジウム酸化物の優れたOER性能を説明し、調和させるための構造と特性の関係についての新たな物理的洞察を提供します。これにより、潜在的に次の分野への扉が開かれます。」最新のクリーン エネルギー技術向けのイリジウムベースの OER 触媒の機敏な設計」と彼は付け加えました。

先端材料の複雑な構造と特性の関係をしっかりと把握することの重要性にもかかわらず、クリーンエネルギー技術におけるアモルファス酸化物の原子スケールの直観的モデルの理解はまだ限られています。

「陽極OERの長期的な有効性を向上させるために、活性、選択的、安定した電極触媒の探索が増加しており、その中でもイリジウムとルテニウムの酸化物（およびオキシ水酸化物）は、その卓越した安定性と反応性で知られています。酸性環境では」とスーン教授は強調する。 「これらの酸化物触媒の構造と特性の関係を調整し設計する有望な方法は、その化学量論と多形相を原子レベルで制御することです。」

次世代 OER のより良い設計を支援するために、以前の実験で報告された優れた酸素発生反応触媒性能を調和させるために、ナノ多孔質および非晶質イリジウム酸化物の構造と特性の関係を調べるために、体系的な密度汎関数理論の計算が初めて行われました。触媒。

「この研究は、現代のクリーンエネルギー技術向けに、高効率を備えた新しいイリジウムベースのOER触媒の機敏な設計への扉を開く可能性がある」とスーン教授は結論づけた。

詳しくは： Sangseob Lee et al、ナノ多孔質および非晶質イリジウム酸化物における活性化された化学結合は、酸素発生反応の低い過電圧を促進します、Nature Communications (2022)。 DOI: 10.1038/s41467-022-30838-y

雑誌情報:ネイチャーコミュニケーションズ

延世大学提供