酸素の進化反応を劇的に強化するために,NiOマトリックスに単一のIr原子の超高負荷

科学分野:

• 材料科学
• 電気化学
• カタリシス

背景:

• 単原子電触媒はエネルギー変換の効率が高くなりますが,高い負荷を達成することは依然として課題です.
• 酸素進化反応 (OER) は,エネルギー貯蔵および変換アプリケーションに不可欠です.

研究 の 目的:

• 高負荷の単一イリジウム原子電触媒を合成するための簡単で経済的な方法を開発する.
• 酸素進化反応のためのニッケル酸化物マトリックス上の単一のイリジウム原子の電気触媒性能を調査する.

主な方法:

• 単一のイリジウム原子を高負荷 (∼18 wt%) の酸化ニッケルマトリックスで合成する.
• アルカリの電解質における酸素進化反応 (OER) の触媒の電気化学的特徴.
• X線吸収スペクトロスコーピーと偏差修正Zコントラスト画像を含む高度な特徴化技術.
• 触媒メカニズムを理解するための密度関数理論 (DFT) の計算.

主要な成果:

• 単一のIr原子 (∼18重量%) の前例のない高い負荷をNiOに達成した.
• 10mAcm−2で215mVのオーバーポテンシャルで優れたOER性能を示した.
• NiOとIrO2と比較してOERの電流密度が大幅に増加した.
• Ir-O結合と好ましいIr酸化状態 (∼4+) によって安定したNiO表面上のIrの原子分散が確認された.
• DFTの計算は,単一のIr原子とNiOの間の相乗効果を明らかにし,表面反応性を高めました.

結論:

• 開発された方法は,他のシステムに適用可能な高負荷単原子触媒の合成を可能にします.
• 高負荷の単一原子触媒は,シネージ効果により優れたOER性能を示しています.
• この研究は,エネルギー変換における単原子触媒の工業的応用への道を開く.