Structure

24 juin 2022

par l'Université Yonsei

Des chercheurs sud-coréens ont utilisé des simulations mécaniques quantiques de premier principe pour mieux comprendre les relations structure-propriété dans diverses phases polymorphes d'oxydes d'iridium afin d'élucider leurs performances exceptionnelles dans la catalyse de la réaction de dégagement d'oxygène (OER). L'OER est une importante réaction de demi-cellule où l'eau est divisée catalytiquement pour dégager de l'oxygène. Cependant, en raison de la cinétique lente intrinsèque de l'OER, cela conduit à une mauvaise performance catalytique globale en général.

Les dernières découvertes du scientifique en matériaux informatiques, le professeur Aloysius Soon et son équipe du Département de science et d'ingénierie des matériaux de l'Université Yonsei, démontrent de nouvelles connaissances physiochimiques sur la façon dont la connectivité non équivalente dans les structures amorphes améliore fortement la flexibilité des états de charge des cations d'iridium , et favorise donc la présence d'oxygènes électrophiles en eux, par rapport à leurs homologues cristallins. Comme l'écrit le professeur Soon dans Nature Communications : "Une compréhension fondamentale à l'échelle atomique des oxydes d'iridium amorphes contenant des nanopores à haute performance fait encore très défaut. Et cela entrave considérablement l'établissement d'une règle de conception pour une amélioration supplémentaire des performances."

"Cette étude informatique sur des oxydes d'iridium nanoporeux et amorphes métastables rapportés expérimentalement (mais moins étudiés) fournit de nouvelles informations physiques sur la relation structure-propriété pour expliquer et réconcilier les performances OER supérieures des oxydes d'iridium amorphes sous-stoechiométriques. Cela ouvre potentiellement des portes pour le conception agile de catalyseurs OER à base d'iridium pour les technologies modernes d'énergie propre », ajoute-t-il.

Malgré l'importance d'avoir une solide compréhension de la relation structure-propriété complexe dans les matériaux avancés, la compréhension des modèles intuitifs à l'échelle atomique pour les oxydes amorphes pour la technologie de l'énergie propre est encore limitée.

"Pour améliorer l'efficacité à long terme de l'OER anodique, la recherche d'électrocatalyseurs actifs, sélectifs et stables est en augmentation, et parmi eux, les oxydes (et oxyhydroxydes) d'iridium et de ruthénium sont connus pour leur stabilité et leur réactivité exceptionnelles. en milieu acide », souligne le professeur Soon. "Une façon prometteuse d'ajuster et de concevoir les relations structure-propriété de ces catalyseurs d'oxyde est de contrôler leur stoechiométrie et leur phase polymorphe au niveau atomique."

Pour la première fois, des calculs systématiques de la théorie fonctionnelle de la densité ont été effectués pour examiner les relations structure-propriété des oxydes d'iridium nanoporeux et amorphes afin de concilier les performances catalytiques supérieures de la réaction de dégagement d'oxygène rapportées dans les expériences précédentes pour aider à une meilleure conception de l'OER de prochaine génération. catalyseurs.

"Cette étude ouvre potentiellement des portes pour la conception agile de nouveaux catalyseurs OER à base d'iridium à haut rendement pour les technologies modernes d'énergie propre", conclut le professeur Soon.

Plus d'information: Sangseob Lee et al, Les liaisons chimiques activées dans les oxydes d'iridium nanoporeux et amorphes favorisent une faible surtension pour la réaction de dégagement d'oxygène, Nature Communications (2022). DOI : 10.1038/s41467-022-30838-y

Informations sur la revue :Communication Nature

Fourni par l'Université Yonsei