Состав

24 июня 2022 г.

Университетом Ёнсей

Южнокорейские исследователи использовали первые принципы квантово-механического моделирования, чтобы лучше понять взаимосвязи структура-свойства в различных полиморфных фазах оксидов иридия, чтобы выяснить их выдающиеся характеристики в катализе реакции выделения кислорода (OER). OER — это важная реакция полуэлементов, при которой вода каталитически расщепляется с выделением кислорода. Однако из-за присущей OER вялой кинетики это приводит к общей плохой каталитической эффективности в целом.

Последние результаты ученого-вычислителя, профессора Алоизиуса Суна и его команды из факультета материаловедения и инженерии Университета Йонсей, демонстрируют новое физико-химическое понимание того, как неэквивалентная связность в аморфных структурах значительно повышает гибкость зарядовых состояний катионов иридия. и, следовательно, способствует наличию в них электрофильных атомов кислорода по сравнению с их кристаллическими аналогами. Как пишет профессор Сун в Nature Communications: «Фундаментальное понимание на атомном уровне высокопроизводительных аморфных оксидов иридия, содержащих нанопоры, все еще очень не хватает. И это сильно затрудняет установление правил проектирования для дальнейшего улучшения производительности».

«Это вычислительное исследование экспериментально зарегистрированных (но менее изученных) метастабильных нанопористых и аморфных оксидов иридия дает новое физическое понимание взаимосвязи структура-свойство, чтобы объяснить и согласовать превосходные характеристики OER субстехиометрических аморфных оксидов иридия. Это потенциально открывает двери для гибкая разработка катализаторов OER на основе иридия для современных экологически чистых энергетических технологий», — добавляет он.

Несмотря на важность четкого понимания сложных взаимосвязей между структурой и свойствами современных материалов, все еще существует ограниченное понимание интуитивных моделей атомного масштаба для аморфных оксидов для экологически чистых энергетических технологий.

«Для повышения долгосрочной эффективности анодного ОЭР поиск активных, селективных и стабильных электрокатализаторов находится на подъеме, и среди них оксиды (и оксигидроксиды) иридия и рутения известны своей выдающейся стабильностью и реакционной способностью. в кислой среде», — подчеркивает профессор Сун. «Многообещающий способ настроить и спроектировать отношения структура-свойства этих оксидных катализаторов — это контролировать их стехиометрию и полиморфную фазу на атомном уровне».

Впервые были проведены систематические расчеты теории функционала плотности для изучения отношений структура-свойства нанопористых и аморфных оксидов иридия, чтобы согласовать превосходные каталитические характеристики реакции выделения кислорода, о которых сообщалось в предыдущих экспериментах, чтобы помочь лучше разработать OER следующего поколения. катализаторы.

«Это исследование потенциально открывает двери для гибкого проектирования новых катализаторов OER на основе иридия с высокой эффективностью для современных технологий чистой энергии», - заключает профессор Сун.

Больше информации: Сансоб Ли и др., Активированные химические связи в нанопористых и аморфных оксидах иридия способствуют низкому перенапряжению для реакции выделения кислорода, Nature Communications (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-30838-y

Информация журнала:Природные коммуникации

Предоставлено Университетом Ёнсей