原子レベルのひずみ工学による原子レベルのオキソカップリングを利用した耐久性のある水酸化

科学分野:

• 材料科学
• 電気化学
• 触媒作用

背景:

• 酸化イリジウムは、プロトン交換膜水電解（PEMWE）における酸素発生反応（OER）の主要な触媒です。
• 従来の吸着種発生機構（AEM）は、*OOH中間体に関連する高い熱力学的障壁によって制限されています。
• OER効率の向上は、水電解とグリーン水素製造の進歩にとって重要です。

研究 の 目的:

• イリジウム酸化物触媒の新しいひずみ工学戦略を開発すること。
• 酸素発生反応経路を調節し、速度論的限界を克服すること。
• プロトン交換膜水電解の活性と耐久性を向上させること。

主な方法:

• エルビウム（Er3+）をIrO2骨格に組み込んでEr-IrOx触媒を作成しました。
• 原子レベルの圧縮ひずみを利用して、電子構造と反応経路を変更しました。
• 吸着種発生機構（AEM）から直接オキソカップリング機構（OPM）へのシフトを調査しました。

主要な成果:

• Er-IrOx触媒は、10 mA cm⁻²において70.55 mV dec⁻¹の低いTafel傾斜と209 mVの過電圧を示しました。
• ひずみ誘起再構成により、OER経路は高エネルギー中間体を迂回する直接オキソカップリング機構（OPM）にシフトしました。
• この触媒は、実用的なPEMWEで優れた性能を発揮し、1.899 Vで6 A cm⁻²を達成し、400時間以上の安定性を維持しました。

結論:

• Er3+を用いた原子レベルの圧縮ひずみ工学は、OER触媒作用を強化するための効果的な戦略です。
• 開発されたEr-IrOx触媒は、効率的で耐久性のある水電解のための有望なソリューションを提供します。
• このアプローチは、イリジウムベースの触媒を改善するための一般化された方法を提供し、グリーン水素の商業化をサポートします。