上級塩素進化反応のための表面酸化チタンの単一の原子の調整環境の設計

科学分野:

• 電気化学
• 材料科学
• カタリシス

背景:

• 塩素進化反応 (CER) は工業用塩素生産に不可欠であり,現在,高量の貴重なRu/Ir酸化物を持つ次元的に安定したアノド (DSA) に依存しています.
• より持続可能なCERアノドが求められていて,貴金属の含有量が減少し,性能が向上しています.

研究 の 目的:

• 効率的で耐久的なCERのために単一のイリジウム原子の調整環境の調節における表面酸化チタンの役割を調査する.
• 塩素の進化のために高度に活性で安定したモノリチウムアノドを開発する.

主な方法:

• 無形および結晶の酸化チタンの表面に安定した単一のイリジウム原子を持つチタンの単体アノドの実験合成と特徴付け.
• 質量活動と耐久性を含むCER性能を評価するための電気化学試験.
• 反応機構と活性部位を明らかにするための理論的計算 (例えば,DFT).

主要な成果:

• 酸化チタンの表面の無形化により,4つの調整されたIr1O4サイトが形成され,結晶表面は6つの調整されたIr1O6サイトを形成した.
• Ir1O4サイトは,Ir1O6の10倍,DSAの500倍以上の質量活動で,CERの性能を大幅に上回りました.
• Ir1O4アノードは優れた耐久性 (200時間) を示したが,Ir1O6は2時間以内に分解した.酸素の浸透も抑制された.

結論:

• 表面の酸化チタンは,CERのための非常に活性で安定した単原子のイリジウム触媒を作るのに不可欠です.
• Ir1O4の不飽和のIrは活性部位として作用し,Ir1O6の上部調整のOとは異なり,効率的な塩素進化を促進し,酸素の浸透を防ぐ.
• この研究は,持続可能な産業用電気化学プロセスのための先進的な単原子触媒の開発のための簡単な戦略を提供します.