MXene上の高分散ロジウム：マイクロ波ソルボサーマル戦略による高性能水素発生触媒
Anton S Zverev1, Christopher Penschke1, Leonardo Cancellara2
1Institute of Chemistry, University of Potsdam, 14476, Potsdam, Germany.
Small (Weinheim an der Bergstrasse, Germany)
|December 19, 2025
まとめ
本研究では、MXeneナノフレークにロジウムを添加する新しいマイクロ波法を導入し、水素発生反応（HER）の効率を高める。強化されたロジウムサイトは、白金に匹敵する触媒活性を示す。
科学分野:
- 材料科学
- 電気化学
- 触媒作用
背景:
- Ti3C2やV2Cなどの遷移金属炭化物（MXene）は有望であるが、触媒特性の向上が必要である。
- 水素発生反応（HER）はクリーンエネルギー生産に不可欠であり、効率的で費用対効果の高い触媒が求められる。
研究 の 目的:
- ロジウム触媒サイトでMXeneを修飾するための新規マイクロ波支援ソルボサーマル法の開発。
- 水素発生反応（HER）に対するMXeneの電気触媒効率の著しい向上。
主な方法:
- Ti3C2およびV2C MXeneナノフレークをロジウムで修飾するためのマイクロ波支援ソルボサーマル合成。
- 構造および化学状態分析のための密度汎関数理論（DFT）計算およびX線光電子分光法（XPS）。
- HER性能を評価するための酸性、塩基性、中性媒体での電気触媒試験。
主要な成果:
- マイクロ波処理は、ナノフレーク構造を変化させることなく、サブナノメートルサイズのロジウム（Rh）触媒サイトの形成を促進した。
- XPSおよびDFT分析により、活性サイトとして酸素終端MXene表面に固定されたRh（RhOn）が同定された。
- Rhで修飾されたMXeneは、白金に匹敵するターンオーバー頻度で、様々なpH条件下で優れたHER性能を示した。
結論:
- マイクロ波支援ソルボサーマル法は、MXene上に高分散なサブナノメートルロジウム触媒サイトを効果的に生成する。
- 酸素終端MXene表面上のRhOn構造が、HER電気触媒活性の向上に鍵となる。
- 本研究では、触媒サイトにおける水素吸着自由エネルギーに基づいた電気触媒効率の基準を提案する。
