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 catalisação 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 REA, isso leva a um desempenho catalítico geral 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 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 seus homólogos cristalinos. Como o professor Soon escreve em Nature Communications :"Uma compreensão fundamental em escala atômica de óxidos amorfos de irídio contendo nanoporos de alto desempenho ainda está muito faltando. E isso dificulta muito o estabelecimento de uma regra de design para melhoria de desempenho adicional."

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

Apesar da importância de ter uma compreensão firme da relação estrutura-propriedade complexa 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 dos REA anódicos, a busca por eletrocatalisadores ativos, seletivos e estáveis ​​tem aumentado e, entre eles, os 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 da densidade funcional 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 auxiliar um melhor design da próxima geração de REA 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. + Explorar mais

Pesquisadores desenvolvem catalisadores avançados para produção de hidrogênio limpo