Struktur-egenskabsforhold i nanoporøse og amorfe iridiumoxider

Sydkoreansk-baserede forskere har brugt kvantemekaniske simuleringer med de første principper til bedre at forstå struktur-egenskabsforholdet i forskellige polymorfe faser af iridiumoxider for at belyse deres enestående ydeevne til at katalysere oxygenudviklingsreaktionen (OER). OER er en vigtig halvcellereaktion, hvor vand spaltes katalytisk for at udvikle ilt. På grund af OER'ens iboende træge kinetik fører dette imidlertid til en generelt dårlig katalytisk ydeevne.

De seneste resultater fra computermaterialeforsker, professor Aloysius Soon og hans team fra Institut for Materialevidenskab og Engineering ved Yonsei University, demonstrerer ny fysiokemisk indsigt i, hvordan ikke-ækvivalent forbindelse i de amorfe strukturer kraftigt øger fleksibiliteten af ​​ladningstilstandene af iridiumkationerne og fremmer derfor tilstedeværelsen af ​​elektrofile oxygener i dem sammenlignet med deres krystallinske modstykker. Som professor Soon skriver i Nature Communications :"En grundlæggende atom-skala forståelse af højtydende nanopore-holdige amorfe oxider af iridium mangler stadig meget. Og det hindrer i høj grad etableringen af ​​en designregel til yderligere forbedring af ydeevnen."

"Denne beregningsundersøgelse af eksperimentelt rapporterede (men mindre undersøgte) metastabile nanoporøse og amorfe iridiumoxider giver ny fysisk indsigt i struktur-egenskabsforholdet for at forklare og forene den overlegne OER-ydelse af substøkiometriske amorfe iridiumoxider. Dette åbner potentielt døre for agilt design af iridiumbaserede OER-katalysatorer til moderne rene energiteknologier," tilføjer han.

På trods af vigtigheden af ​​at have et solidt greb om komplekse struktur-egenskabsforhold i avancerede materialer, er der stadig begrænset forståelse af intuitive modeller på atomare skala for amorfe oxider til ren energiteknologi.

"For at forbedre den langsigtede effektivitet af den anodiske OER har søgningen efter aktive, selektive og stabile elektrokatalysatorer været stigende, og blandt dem er oxider (og oxyhydroxider) af iridium og ruthenium kendt for deres enestående stabilitet og reaktivitet i sure miljøer," fremhæver Professor Soon. "En lovende måde at justere og konstruere struktur-egenskabsrelationerne for disse oxidkatalysatorer er at kontrollere deres støkiometri og polymorfe fase på atomniveau."

For første gang er systematiske tæthedsfunktionelle teoriberegninger blevet udført for at undersøge struktur-egenskabsrelationer af nanoporøse og amorfe iridiumoxider for at forene den overlegne katalytiske iltudviklingsreaktions ydeevne rapporteret i tidligere eksperimenter for at hjælpe med et bedre design af næste generations OER katalysatorer.

"Denne undersøgelse åbner potentielt døre for det agile design af nye iridium-baserede OER-katalysatorer med høj effektivitet til moderne rene energiteknologier," konkluderer professor Soon. + Udforsk yderligere

Forskere udvikler avancerede katalysatorer til produktion af ren brint