의도적인 결함이 더 나은 반응을 만든다고 연구원들은 보고합니다.

2023년 6월 7일

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칭화대학교 출판부

결함이 항상 나쁜 것은 아닙니다. 실제로 청정연소 수소가스를 생산하는 전기촉매 공정을 개선한다면 매우 좋은 일이 될 수도 있다. 중국에 기반을 둔 연구원들은 원자 구조에 결함이 있는 비정질 및 결정 구조를 모두 사용하여 원하는 반응 속도를 높이는 전기촉매를 설계했습니다. 결함으로 인해 전기촉매는 "우수한" 반응 활동을 촉발할 수 있다고 연구팀은 보고했습니다.

그들은 Nano Research Energy의 결과를 발표했습니다.

중국 아카데미의 Cuiling Li 교수는 "재생 에너지로 구동되는 물 전기 분해에서 수소 생성(또는 전류를 사용하여 물을 분리하여 산소에서 수소를 분리)은 에너지와 환경 위기를 완화하고 해결하는 유망 기술"이라고 말했습니다. 베이징 기술 연구소 및 빈저우 기술 연구소와도 제휴하고 있는 과학의 물리 및 화학 기술 연구소입니다.

산소 발생 반응은 물 전기분해의 양극 반응으로, 직류가 물 분자에서 산소 분자를 분리하는 화학 반응을 일으킵니다. 그러나 Li는 이 반응을 "부진한 과정"이라고 불렀으며, 이는 수소 가스를 생산하는 지속 가능한 메커니즘으로서 물 전기분해를 제한합니다. Li에 따르면 산소 발생 반응은 분자가 구성 요소를 전달하는 방법을 촉발하는 데 많은 전력이 필요하기 때문에 느리지만 보다 효율적인 촉매와 통합되면 더 적은 전력으로 속도를 높일 수 있습니다.

산소 발생 반응을 위한 효율적인 전기촉매를 활용하는 것은 청정 에너지 전환을 위한 전기화학 장치 개발에 매우 ​​중요하다고 Li는 말했습니다.

연구진은 다른 촉매보다 반응물과 중간체에 덜 부착되는 저렴한 촉매인 산화루테늄으로 눈을 돌렸습니다.

Li는 "상업 제품에 비해 더 나은 산소 발생 반응 성능을 갖는 산화루테늄 기반 나노물질이 보고된 반면, 보다 효율적인 촉매 성능을 불러일으키는 보다 정교한 전기촉매 설계 전략이 시급히 필요하며 대부분 탐구되지 않았습니다"라고 Li는 말했습니다.

이러한 격차를 메우기 위해 연구진은 산화루테늄 다공성 입자를 합성했습니다. 그런 다음 입자를 처리하여 합리적으로 조절된 헤테로상을 생성했는데, 이는 입자가 함께 통합된 다양한 구조를 포함한다는 것을 의미합니다. Li에 따르면 다공성 및 이종상 구조는 산소 발생 반응을 위한 더 많은 활성 사이트가 더 효율적으로 진행될 수 있도록 하는 결함(본질적으로 원자 구조의 흠집)을 제공합니다.

Li는 "결과 샘플의 풍부한 결함, 결정 경계 및 활성 부위 접근성의 이점을 활용하여 우수한 산소 발생 반응 성능이 입증되었습니다."라고 Li는 말했습니다. 엔지니어링된 전기촉매는 더 나은 산소 발생 반응을 생성할 뿐만 아니라 더 적은 양의 산소 발생 반응도 수행한다고 설명했습니다. 프로세스에 전력을 공급하는 전기. "이 연구는 상 공학의 중요성을 입증하고 전략 결합 촉매의 설계 및 합성을 위한 새로운 경로를 제공합니다."

추가 정보: Chengming Wang 외, 산성 매질에서 산소 발생 반응을 촉진하기 위한 위상 공학 지향 결함이 풍부한 비정질/결정질 RuO 2 나노다공성 입자, Nano Research Energy(2023). DOI: 10.26599/NRE.2023.9120070