意図的な欠陥により反応が改善されると研究者が報告

2023 年 6 月 7 日

この記事は、Science X の編集プロセスとポリシーに従ってレビューされています。 編集者は、コンテンツの信頼性を確保しながら、次の属性を強調しました。

事実確認済み

校正する

清華大学出版局

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。

彼らはその結果を発表しました Nano Research Energy。

「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（基本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部位がより効率的に進行できるようにするという。

「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。」

詳しくは： Chengming Wang et al、酸性媒体中での酸素発生反応を促進するための相工学指向の欠陥豊富な非晶質/結晶性 RuO 2 ナノ多孔質粒子、Nano Research Energy (2023)。 DOI: 10.26599/NRE.2023.9120070

清華大学出版局提供