Zuid-Koreaanse onderzoekers hebben kwantummechanische simulaties volgens de eerste principes gebruikt om de structuur-eigenschapsrelaties in verschillende polymorfe fasen van iridiumoxiden beter te begrijpen om hun uitstekende prestaties bij het katalyseren van de zuurstofevolutiereactie (OER) op te helderen. De OER is een belangrijke halfcelreactie waarbij water katalytisch wordt gesplitst om zuurstof te ontwikkelen. Vanwege de intrinsiek trage kinetiek van de OER leidt dit echter tot een over het algemeen slechte katalytische prestatie in het algemeen.

De nieuwste bevindingen van computationele materiaalwetenschapper, professor Aloysius Soon en zijn team van de afdeling Materials Science &Engineering aan de Yonsei University, demonstreren nieuwe fysiochemische inzichten in hoe niet-equivalente connectiviteit in de amorfe structuren de flexibiliteit van de ladingstoestanden van de iridiumkationen sterk verbetert en bevordert daarom de aanwezigheid van elektrofiele zuurstofatomen daarin, in vergelijking met hun kristallijne tegenhangers. Zoals Professor Soon schrijft in Nature Communications :"Een fundamenteel begrip op atomaire schaal van hoogwaardige nanoporiën-bevattende amorfe oxiden van iridium ontbreekt nog steeds. En het belemmert enorm de vaststelling van een ontwerpregel voor verdere prestatieverbetering."

"Deze computationele studie van experimenteel gerapporteerde (maar minder bestudeerde) metastabiele nanoporeuze en amorfe iridiumoxiden biedt nieuw fysiek inzicht in de structuur-eigenschapsrelatie om de superieure OER-prestaties van substoichiometrische amorfe iridiumoxiden te verklaren en te verzoenen. Dit opent mogelijk deuren voor de behendig ontwerp van op iridium gebaseerde OER-katalysatoren voor moderne technologieën voor schone energie", voegt hij eraan toe.

Ondanks het belang van een goed begrip van de complexe structuur-eigenschaprelatie in geavanceerde materialen, is er nog steeds een beperkt begrip van intuïtieve modellen op atomaire schaal voor amorfe oxiden voor schone energietechnologie.

"Om de werkzaamheid op lange termijn van de anodische OER te verbeteren, is de zoektocht naar actieve, selectieve en stabiele elektrokatalysatoren in opkomst, en onder hen staan ​​​​de oxiden (en oxyhydroxiden) van iridium en ruthenium bekend om hun uitstekende stabiliteit en reactiviteit in zure omgevingen", benadrukt professor Soon. "Een veelbelovende manier om de structuur-eigenschapsrelaties van deze oxidekatalysatoren af ​​te stemmen en te ontwikkelen, is door hun stoichiometrie en polymorfe fase op atomair niveau te regelen."

Voor de eerste keer zijn er systematische dichtheid-functionele theorieberekeningen uitgevoerd om de structuur-eigenschapsrelaties van nanoporeuze en amorfe iridiumoxiden te onderzoeken om de superieure katalytische prestaties van de zuurstofevolutiereactie die in eerdere experimenten zijn gerapporteerd te verzoenen om een ​​beter ontwerp van de OER van de volgende generatie te helpen katalysatoren.

"Deze studie opent mogelijk deuren voor het agile ontwerp van nieuwe, op iridium gebaseerde OER-katalysatoren met een hoog rendement voor moderne technologieën voor schone energie", concludeert professor Soon. + Verder verkennen

Onderzoekers ontwikkelen geavanceerde katalysatoren voor schone waterstofproductie