意図的な欠陥により反応が改善されると研究者が報告

欠陥は必ずしも悪いことではありません。 実際、クリーンに燃焼する水素ガスを生成する電極触媒プロセスの改善に関しては、それは非常に良いことかもしれません。 中国を拠点とする研究者らは、原子構造に欠陥を含むアモルファス構造と結晶構造の両方を備えた、望ましい反応を加速する電極触媒を開発した。 この欠陥により、電極触媒は「優れた」反応活性を引き起こすことができると研究チームは報告した。

彼らはその結果を5月15日にNano Research Energy誌に発表した。

「再生可能エネルギーによる水の電気分解による水素の生成、または電流を使って水を分解し水素と酸素を分離することは、エネルギーと環境の危機を緩和し、解決する上で有望な技術です」と中国学士院教授のCuiling Li氏は述べた。北京理工大学および浜州理工大学とも提携している。

酸素発生反応は水の電気分解の陽極反応であり、直流電流が水分子から酸素分子を分離する化学反応を引き起こします。 しかし、Li氏はこの反応を「緩慢なプロセス」と呼び、水素ガスを生成する持続可能なメカニズムとしての水の電気分解を制限している。 リー氏によると、酸素発生反応は、分子が構成成分を移動させるのに多くの電力を必要とするため遅いが、より効率的な触媒と統合すれば、より少ない電力で反応を加速できる可能性があるという。

「酸素発生反応のための効率的な電極触媒を利用することは、クリーンエネルギー変換のための電気化学デバイスの開発にとって最も重要です」とリー氏は述べた。

研究者らは、他の触媒に比べて反応物や中間体への付着が少ない、低コストの触媒である酸化ルテニウムに注目しました。

「市販品と比較してより優れた酸素発生反応性能を備えた酸化ルテニウムベースのナノ材料が報告されているが、より効率的な触媒性能を引き出すためのより洗練された電極触媒設計戦略が緊急に必要とされているが、ほとんど未開発である」とリー氏は述べた。

このギャップを埋めるために、研究者らは酸化ルテニウム多孔質粒子を合成した。 次に、粒子を処理して合理的に制御された異相を生成しました。これは、粒子が統合されたさまざまな構造を含むことを意味します。 リー氏によると、多孔質で異相構造は欠陥（本質的には原子構造のニック）を提供し、酸素発生反応のより多くの活性サイトをより効率的に進行させることができるという。

「得られたサンプルの豊富な欠陥、結晶境界、および活性サイトへのアクセスのしやすさの恩恵を受けて、優れた酸素発生反応性能が実証されました」とリー氏は述べ、人工電極触媒はより優れた酸素発生反応を生み出すだけでなく、より少ない酸素発生反応を生み出すと説明した。プロセスに電力を供給します。 「この研究は相工学の重要性を実証し、戦略を組み合わせた触媒の設計と合成に新たな道筋を提供します。」

他の寄稿者は、Chengming Wang、Qinghong Geng、Longlong Fan、Jun-Xuan Li、Lian Ma で、いずれも教育省クラスター科学重点研究室、化学化学工学部北京光電子/電子変換材料重点研究室、北京工業大学。

北京工業大学の分析試験センターがこの研究に技術支援を提供した。

##

ナノ・リサーチ・エナジーについて

Nano Research Energy は、国際的でオープンアクセスで学際的なジャーナルとなることを目指して、清華大学出版局によって創刊されました。 エネルギーに関する最先端の先端ナノ材料やナノテクノロジーに関する研究を発信していきます。 これは、エネルギーの生成、変換、貯蔵、保存、クリーン エネルギーなどを含むがこれらに限定されない、ナノマテリアルとナノテクノロジーを利用したエネルギー関連研究のさまざまな側面を探求することに特化しています。Nano Research Energy は 4 種類の原稿を出版します。オープンアクセス形式のコミュニケーション、研究論文、レビュー、および展望。

サイオープンについて

SciOpen は、清華大学出版局とその出版パートナーが発行する科学および技術コンテンツを発見するための専門的なオープンアクセス リソースであり、学術出版コミュニティに革新的なテクノロジーと市場をリードする機能を提供します。 SciOpen は、論文投稿、査読、コンテンツ ホスティング、分析、アイデンティティ管理にわたるエンドツーエンドのサービスと専門家のアドバイスを提供し、雑誌のレイアウト、制作サービス、編集サービスなどのすべての機能にわたる幅広いオプションを提供することで、各雑誌の発展を確実にします。マーケティングとプロモーション、オンライン機能など。出版プロセスをデジタル化することで、SciOpen はリーチを広げ、影響力を深め、アイデアの交換を加速します。