デュアルでの酸素発生反応の新しいメカニズム

2023 年 8 月 10 日

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中国科学院、Liu Jia 著

原子的に正確なクラスター触媒は、均一触媒と不均一触媒の間のギャップを橋渡しし、触媒プロセスにおける構造と活性の関係の包括的な解明を促進します。 しかし、金属ナノクラスター内の非単一活性部位間の相乗効果はほとんど調査されていません。

Nature Communications に掲載された研究で、中国科学院 (CAS) 青島バイオエネルギー・バイオプロセス技術研究所 (QIBEBT) の Sun Xiaoyan 教授率いる研究チームは、二分子間の酸素カップリングの役割について極めて重要な機構的な洞察を提供しました。酸素発生反応（OER）中の活性サイト。

単一活性サイトで進行する従来の OER 機構では、電気化学的性能は酸素化中間体の吸着エネルギー間のスケーリング関係に大きく依存します。 したがって、理論上の最低過電圧である 0.37 V のボトルネックを克服するのは困難です。

格子酸素機構に触発され、研究チームは*O-*Oカップリング機構(OCM)の実現可能性を体系的に調査し、Nドープグラフェンをサポートしたデュアル原子を使用してハイスループット密度汎関数理論(DFT)を通じて性能を向上させました。従来のメカニズムのスケーリング関係から逸脱し、結果的に 0.37 V のボトルネックを突破できるモデル触媒。

「今回の発見は、反応性能を向上させるためのクラスター触媒の非単一活性サイトに関する基本的な洞察を提供するだけでなく、OER以外の他の電気化学反応触媒の合理的な設計のための理論的ガイドラインを提供するのにも役立ちます」とSun教授は述べた。

研究チームはさらに、合理的に設計された活性記述子を使用して、高性能同核二原子触媒を効率的かつ正確に予測することに成功しました。 研究チームはまた、OCM の発生条件と定電位法の OER パフォーマンスも示しました。

「型破りな OCM についての洞察と理解を提供するためにハイスループット DFT が採用されたのはこれが初めてです」と、この研究のもう一人の責任著者である Ding Yuxiao 教授は述べています。 「それだけではなく、より洗練された計算手法により、実際の電気化学的条件により近い予測が可能になります。」

詳しくは： Cong Fang et al、「二原子触媒の相乗効果は酸素発生反応のスケーリング関係から逸脱した」、Nature Communications (2023)。 DOI: 10.1038/s41467-023-40177-1

雑誌情報:ネイチャーコミュニケーションズ

中国科学院提供