Een onderzoeksteam, gezamenlijk geleid door professor Gun-Tae Kim en professor Jun-Hee Lee aan de School of Energy and Chemical Engineering van UNIST is erin geslaagd om hoogwaardige perovskietoxidekatalysatoren te ontwikkelen met behulp van laat-overgangsmetaaloxidematerialen. Dus, ze ontdekten de reden achter de verbeterde prestaties van zowel de zuurstofreductiereactie (ORR) als de zuurstofevolutiereactie (OER), wat wordt verklaard door de verandering in de oxidatietoestand van het overgangsmetaal veroorzaakt door de toename van zuurstofvacatures.

Perovskietoxidekatalysatoren zijn samengesteld uit lanthanide, overgangsmetaal en zuurstof. Dankzij de uitstekende elektrische geleidbaarheid en bifunctionele ORR/OER-activiteit, deze katalysatoren zijn beschouwd als een aantrekkelijke kandidaat voor metaal-luchtbatterijen of brandstofcellen, waarin tegengestelde reacties, zoals laden en ontladen gebeuren gestaag. Echter, vanwege de hoge kosten en lage stabiliteit van edelmetaalkatalysatoren, de ontwikkeling van alternatieven is sterk gewenst.

Het gezamenlijke onderzoeksteam onderzocht de relatie tussen de bifunctionele katalytische activiteit en de elektronische structuur van gemodificeerde perovskietoxiden van Sm _0,5 sr _0,5 CoO _3−δ (SSC) door zuurstofvacatures te introduceren zonder de verandering in het oppervlak, fysieke eigenschappen, en chemische samenstelling. In de studie, het op kobalt gebaseerde perovskiet werd geselecteerd als de late overgangsmetaaloxidekatalysator met bifunctionele activiteit voor de ORR en OER. De bifunctionele verbetering werd ondersteund door de goed op elkaar afgestemde resultaten van zowel theoretische DFT-berekeningen als experimentele elektrochemische metingen.

"Het is bekend dat de ORR-activiteit van perovskietoxiden wordt veroorzaakt wanneer zuurstofvacatures worden gevormd, maar de nieuw ontwikkelde katalysatoren vertonen een goede bifunctionaliteit voor zowel ORR als OER, ", zegt professor Lee. "De verbeterde prestaties van zowel ORR als OER worden verklaard door de verandering in de oxidatietoestand van het overgangsmetaal veroorzaakt door de toename van zuurstofvacatures."

"Onze resultaten suggereren dat late overgangsmetaaloxiden kunnen worden gebruikt als efficiënte bifunctionele katalysatoren door de introductie van zuurstofvacatures, " zegt professor Kim. "We verwachten dat deze benadering de ontdekking en het ontwerp van zeer efficiënte bifunctionele katalysatoren kan versnellen."