구조

2022년 6월 24일

연세대

한국의 연구자들은 산소 발생 반응(OER)을 촉매하는 탁월한 성능을 밝히기 위해 산화 이리듐의 다양한 다형성 단계에서 구조-특성 관계를 더 잘 이해하기 위해 제1원리 양자 역학 시뮬레이션을 사용했습니다. OER은 물이 촉매적으로 분해되어 산소를 발생시키는 중요한 반쪽 전지 반응입니다. 그러나 OER의 본질적인 느린 동역학으로 인해 이는 전반적으로 촉매 성능이 저하됩니다.

컴퓨터 재료 과학자인 Aloysius Soon 교수와 연세대학교 재료공학과 그의 팀의 최신 연구 결과는 비정질 구조의 비등가 연결이 어떻게 이리듐 양이온의 전하 상태의 유연성을 강력하게 향상시키는지에 대한 새로운 물리화학적 통찰력을 보여줍니다. , 따라서 결정질 대응물과 비교하여 친전자성 산소의 존재를 촉진합니다. 순 교수는 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 다음과 같이 썼습니다. "이리듐의 고성능 나노기공을 포함하는 비정질 산화물에 대한 근본적인 원자 규모의 이해는 여전히 매우 부족합니다. 그리고 이는 추가적인 성능 개선을 위한 설계 규칙의 확립을 크게 방해합니다."

"실험적으로 보고된(그러나 덜 연구된) 준안정 나노다공성 및 비정질 이리듐 산화물에 대한 이 컴퓨터 연구는 구조-특성 관계에 대한 새로운 물리적 통찰력을 제공하여 화학량론적 비정질 이리듐 산화물의 우수한 OER 성능을 설명하고 조화시킵니다. 이는 잠재적으로 다음과 같은 가능성을 열어줍니다. 현대 청정 에너지 기술을 위한 이리듐 기반 OER 촉매의 민첩한 설계"라고 그는 덧붙였습니다.

첨단 재료의 복잡한 구조-특성 관계를 확고히 파악하는 것이 중요함에도 불구하고 청정 에너지 기술을 위한 비정질 산화물에 대한 원자 규모의 직관적 모델에 대한 이해는 여전히 제한적입니다.

"양극 OER의 장기적인 효능을 향상시키기 위해 활성, 선택성 및 안정적인 전기촉매에 대한 연구가 증가하고 있으며, 그 중에서도 이리듐과 루테늄의 산화물(및 옥시수산화물)은 뛰어난 안정성과 반응성으로 알려져 있습니다. 산성 환경에서"라고 순 교수는 강조합니다. "이러한 산화물 촉매의 구조-특성 관계를 조정하고 설계하는 유망한 방법은 원자 수준에서 화학양론과 다형성 단계를 제어하는 ​​것입니다."

차세대 OER의 더 나은 설계를 돕기 위해 이전 실험에서 보고된 우수한 산소 발생 반응 촉매 성능을 조정하기 위해 나노다공성 및 비정질 이리듐 산화물의 구조-특성 관계를 조사하기 위해 처음으로 체계적인 밀도-함수 이론 계산이 수행되었습니다. 촉매.

“이 연구는 잠재적으로 현대 청정 에너지 기술을 위한 고효율의 새로운 이리듐 기반 OER 촉매의 민첩한 설계를 위한 문을 열어줍니다.”라고 Soon 교수는 결론지었습니다.

추가 정보: 이상섭 외, 나노다공성 및 무정형 이리듐 산화물의 활성화된 화학 결합은 산소 발생 반응에 대해 낮은 과전위를 선호합니다, Nature Communications (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-30838-y

저널 정보:네이처커뮤니케이션즈

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