Estructuras atómicas y cristalinas de los óxidos de iridio cristalinos. un R-IrO2 de tipo Rutilo . b Ho-IrO2 tipo holandita . c K-intercalado tipo holandita 1K + Ho-IrO2 . d Ro-IrO2 tipo romanechita . e K-intercalado tipo romanechita 2K + Ro-IrO2 . f Todorokita-tipo To-IrO2 . g K-intercalado tipo todorokita 4K + To-IrO2 . h C-IrO1.5 a base de corindón . i B-IrO1.5 basado en bixbyita . j R3cR-IrO3 . k P63 22 P-IrO3 . Los átomos de iridio, oxígeno y potasio se representan como esferas grises, rojas y azules, respectivamente, mientras que los octaedros de IrO6 está sombreado en gris. La celda unitaria a granel está representada por las líneas en naranja. Crédito:Comunicaciones de la naturaleza (2022). DOI:10.1038/s41467-022-30838-y
Investigadores con sede en Corea del Sur han utilizado simulaciones mecánicas cuánticas de primeros principios para comprender mejor las relaciones estructura-propiedad en varias fases polimórficas de los óxidos de iridio para dilucidar su desempeño sobresaliente en la catalización de la reacción de evolución de oxígeno (OER). La OER es una importante reacción de media celda en la que el agua se divide catalíticamente para generar oxígeno. Sin embargo, debido a la cinética lenta intrínseca de la OER, esto conduce a un rendimiento catalítico global deficiente en general.
Los últimos hallazgos del científico de materiales computacionales, el profesor Aloysius Soon y su equipo del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Universidad de Yonsei, demuestran nuevos conocimientos fisicoquímicos sobre cómo la conectividad no equivalente en las estructuras amorfas mejora considerablemente la flexibilidad de los estados de carga de los cationes de iridio. , y por lo tanto promueve la presencia de oxígenos electrofílicos en ellos, en comparación con sus contrapartes cristalinas. Como escribe el profesor Soon en Nature Communications :"Todavía falta una comprensión fundamental a escala atómica de los óxidos de iridio amorfos que contienen nanoporos de alto rendimiento. Y esto dificulta en gran medida el establecimiento de una regla de diseño para mejorar aún más el rendimiento".
"Este estudio computacional sobre óxidos de iridio amorfos y nanoporosos metaestables informados experimentalmente (pero menos estudiados) proporciona una nueva perspectiva física de la relación estructura-propiedad para explicar y conciliar el rendimiento superior de OER de los óxidos de iridio amorfos subestequiométricos. Esto potencialmente abre puertas para la diseño ágil de catalizadores OER basados en iridio para tecnologías modernas de energía limpia", agrega.
A pesar de la importancia de tener una comprensión firme de la compleja relación estructura-propiedad en materiales avanzados, todavía hay una comprensión limitada de los modelos intuitivos a escala atómica para óxidos amorfos para la tecnología de energía limpia.
"Para mejorar la eficacia a largo plazo del OER anódico, la búsqueda de electrocatalizadores activos, selectivos y estables ha ido en aumento, y entre ellos, los óxidos (y oxihidróxidos) de iridio y rutenio son conocidos por su excelente estabilidad y reactividad. en ambientes ácidos", destaca el profesor Soon. "Una forma prometedora de ajustar y diseñar las relaciones estructura-propiedad de estos catalizadores de óxido es controlar su estequiometría y fase polimórfica a nivel atómico".
Por primera vez, se han realizado cálculos sistemáticos de la teoría funcional de la densidad para examinar las relaciones estructura-propiedad de los óxidos de iridio nanoporosos y amorfos para reconciliar el rendimiento catalítico superior de la reacción de evolución del oxígeno informado en experimentos anteriores para ayudar a un mejor diseño de la próxima generación OER. catalizadores.
"Este estudio potencialmente abre puertas para el diseño ágil de nuevos catalizadores OER basados en iridio con alta eficiencia para tecnologías modernas de energía limpia", concluye el profesor Soon. Investigadores desarrollan catalizadores avanzados para la producción limpia de hidrógeno
