Struttura

24 giugno 2022

dall'Università di Yonsei

Ricercatori sudcoreani hanno utilizzato simulazioni di meccanica quantistica dei principi primi per comprendere meglio le relazioni struttura-proprietà in varie fasi polimorfiche degli ossidi di iridio per chiarire le loro eccezionali prestazioni nel catalizzare la reazione di evoluzione dell'ossigeno (OER). L'OER è un'importante reazione semicellulare in cui l'acqua viene divisa cataliticamente per evolvere ossigeno. Tuttavia, a causa della cinetica intrinsecamente lenta dell'OER, ciò porta a una prestazione catalitica complessivamente scarsa in generale.

Le ultime scoperte dello scienziato dei materiali computazionali, il professor Aloysius Soon, e del suo team del Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali dell'Università di Yonsei, dimostrano nuove intuizioni fisico-chimiche su come la connettività non equivalente nelle strutture amorfe migliori fortemente la flessibilità degli stati di carica dei cationi iridio , e quindi promuove la presenza di ossigeni elettrofili in essi, rispetto alle loro controparti cristalline. Come scrive il professor Soon su Nature Communications: "Una comprensione fondamentale su scala atomica degli ossidi di iridio amorfi contenenti nanopori ad alte prestazioni è ancora molto carente. E ciò ostacola notevolmente la creazione di una regola di progettazione per un ulteriore miglioramento delle prestazioni".

"Questo studio computazionale sugli ossidi di iridio nanoporosi e amorfi metastabili riportati sperimentalmente (ma meno studiati) fornisce una nuova visione fisica della relazione struttura-proprietà per spiegare e conciliare le prestazioni OER superiori degli ossidi di iridio amorfi sub-stechiometrici. Ciò apre potenzialmente le porte al progettazione agile di catalizzatori OER a base di iridio per le moderne tecnologie di energia pulita", aggiunge.

Nonostante l’importanza di avere una solida conoscenza delle complesse relazioni struttura-proprietà nei materiali avanzati, c’è ancora una comprensione limitata dei modelli intuitivi su scala atomica per gli ossidi amorfi per la tecnologia dell’energia pulita.

"Per migliorare l'efficacia a lungo termine dell'OER anodico, è in aumento la ricerca di elettrocatalizzatori attivi, selettivi e stabili e, tra questi, gli ossidi (e ossiidrossidi) di iridio e rutenio sono noti per la loro eccezionale stabilità e reattività in ambienti acidi", sottolinea il professor Soon. "Un modo promettente per mettere a punto e progettare le relazioni struttura-proprietà di questi catalizzatori di ossido è controllare la loro stechiometria e la fase polimorfica a livello atomico."

Per la prima volta, sono stati condotti calcoli sistematici della teoria del funzionale densità per esaminare le relazioni struttura-proprietà degli ossidi di iridio nanoporosi e amorfi per riconciliare le prestazioni catalitiche superiori della reazione di evoluzione dell'ossigeno riportate in esperimenti precedenti per aiutare una migliore progettazione dell'OER di prossima generazione catalizzatori.

"Questo studio apre potenzialmente le porte alla progettazione agile di nuovi catalizzatori OER a base di iridio ad alta efficienza per le moderne tecnologie di energia pulita", conclude il professor Soon.

Maggiori informazioni: Sangseob Lee et al, I legami chimici attivati ​​negli ossidi di iridio nanoporosi e amorfi favoriscono un basso sovrapotenziale per la reazione di evoluzione dell'ossigeno, Nature Communications (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-30838-y

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Fornito dall'Università di Yonsei