Estrutura

24 de junho de 2022

pela Universidade Yonsei

Pesquisadores sul-coreanos usaram simulações de mecânica quântica de primeiros princípios para entender melhor as relações estrutura-propriedade em várias fases polimórficas de óxidos de irídio para elucidar seu excelente desempenho na catálise da reação de evolução do oxigênio (OER). O OER é uma importante reação de meia célula onde a água é dividida cataliticamente para evoluir o oxigênio. No entanto, devido à cinética lenta intrínseca do OER, isso leva a um desempenho catalítico ruim em geral.

As últimas descobertas do cientista de materiais computacionais, Professor Aloysius Soon e sua equipe do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais da Universidade de Yonsei, demonstram novos insights físico-químicos sobre como a conectividade não equivalente nas estruturas amorfas aumenta fortemente a flexibilidade dos estados de carga dos cátions de irídio. , e, portanto, promove a presença de oxigênios eletrofílicos neles, em comparação com suas contrapartes cristalinas. Como o professor Soon escreve na Nature Communications: "Ainda falta uma compreensão fundamental em escala atômica dos óxidos amorfos de irídio contendo nanoporos de alto desempenho. E isso dificulta muito o estabelecimento de uma regra de design para melhorar ainda mais o desempenho."

"Este estudo computacional sobre óxidos de irídio nanoporosos e amorfos metaestáveis ​​relatados experimentalmente (mas menos estudados) fornece uma nova visão física sobre a relação estrutura-propriedade para explicar e reconciliar o desempenho OER superior de óxidos de irídio amorfos sub-estequiométricos. Isso potencialmente abre portas para o design ágil de catalisadores OER baseados em irídio para tecnologias modernas de energia limpa", acrescenta.

Apesar da importância de ter uma compreensão firme da complexa relação estrutura-propriedade em materiais avançados, ainda há uma compreensão limitada de modelos intuitivos em escala atômica para óxidos amorfos para tecnologia de energia limpa.

"Para melhorar a eficácia a longo prazo do OER anódico, a busca por eletrocatalisadores ativos, seletivos e estáveis ​​tem aumentado e, entre eles, óxidos (e oxihidróxidos) de irídio e rutênio são conhecidos por sua excelente estabilidade e reatividade em ambientes ácidos", destaca o professor Soon. “Uma maneira promissora de ajustar e projetar as relações estrutura-propriedade desses catalisadores de óxido é controlar sua estequiometria e fase polimórfica no nível atômico”.

Pela primeira vez, cálculos sistemáticos da teoria funcional da densidade foram conduzidos para examinar as relações estrutura-propriedade de óxidos de irídio nanoporosos e amorfos para reconciliar o desempenho catalítico da reação de evolução de oxigênio superior relatado em experimentos anteriores para ajudar a um melhor design da próxima geração OER catalisadores.

"Este estudo potencialmente abre portas para o design ágil de novos catalisadores OER baseados em irídio com alta eficiência para tecnologias modernas de energia limpa", conclui o professor Soon.

Mais Informações: Sangseob Lee et al, ligações químicas ativadas em óxidos de irídio nanoporosos e amorfos favorecem baixo sobrepotencial para reação de evolução de oxigênio, Nature Communications (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-30838-y

Informações do jornal:Natureza Comunicações

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