レーザーエンジニアリングMoC@N-カーボンにおける原子効率の高いIrナノクラスターによる超低過電圧水素発生

科学分野:

• 材料科学
• 電気化学
• 触媒作用

背景:

• エネルギー変換技術の開発には、効率的な電気触媒の開発が不可欠です。
• 炭化モリブデン（MoC）と窒素ドープカーボン（NC）は有望な材料ですが、触媒活性の向上が必要です。
• イリジウムナノクラスター（IrNC）は、相乗効果により触媒特性を向上させることができます。

研究 の 目的:

• イリジウムナノクラスターをMoC/Nドープカーボンマトリックス（IrNC/MoC@NC）に組み込んだ新規二機能性電気触媒を合成および特性評価すること。
• アルカリ媒体中での水素発生反応（HER）およびヒドラジン酸化反応（HzOR）に対するIrNC/MoC@NCの電気触媒性能を評価すること。
• 構造活性相関を解明し、触媒活性の向上源を理解すること。

主な方法:

• 自己重合および液体中パルスレーザー照射（PLIL）によるIrNC/MoC@NCの合成。
• HERおよびHzORの過電圧測定を含む電気化学的特性評価。
• 界面電子特性を研究するためのin situラマンスペクトル測定および理論計算。
• 合成触媒を用いたヒドラジン分解電解槽の作製。

主要な成果:

• PLILプロセスは、MoCの結晶性とピリジンN欠陥を効果的に強化し、界面欠陥工学を可能にしました。
• IrNC/MoC@NCは、HER（10 mA cm⁻²で25 mV）の超低過電圧と、HzOR（133.6 A g⁻¹）の高い質量活性を持つ、優れた二機能性電気触媒活性を示しました。
• Mo-Ir-N界面での界面電子分極と動的電荷再分布が、共有結合ではなく、活性向上の鍵となる要因であると特定されました。

結論:

• IrNC/MoC@NC触媒は、アルカリ媒体中で優れた二機能性電気触媒性能を示します。
• 活性向上は、Mo-Ir-N界面での界面電子分極と欠陥工学に起因します。
• IrNC/MoC@NCを用いた対称電解槽は、効率的なヒドラジン分解を優れた耐久性で達成し、エネルギー応用への可能性を強調しています。