不含稀有金屬且高效率之水電解氧生成觸媒

 

刊登日期:2025/1/3
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東京科學大學(Science Tokyo)發表了一項研究成果,發現氟氧化物Pb3Fe2O5F2與由相同的元素組成但結晶構造有所不同之PbFeO2F相比,具有非常高的氧生成活性。

在利用於氧生成反應的電極觸媒開發方面,一般透過摻入貴金屬或稀有金屬的方式以提高其活性。然而,由於資源限制、成本等問題,對於僅由鐵(Fe)等一般元素組成之電極觸媒以獲得高活性的新方法有其需求。

有鑑於此,東京科學大學對於做為氧生成電極觸媒的一般型鈣鈦礦PbFeO2F與層狀鈣鈦礦結構的Pb3Fe2O5F2進行了調查。結果發現,Pb3Fe2O5F2具有高度的氧生成活性,且在Pb3Fe2O5F2特定結晶面露出的條件下可獲得最高活性。此外,研究團隊也發現Pb3Fe2O5F2獨特的層狀結構與局部存在於層間之氟化物離子的高吸電子特性有助於其高氧生成觸媒活性。

在目前既有的氧化物類電極觸媒中,已知氧化物的特定結晶面是產生氧氣的有利反應位點,但此次研究首次證實了使用氟氧化物類之複合陰離子化合物的電極觸媒對於結晶面的依賴效應。

雖然過去已有關於使用氟氧化物做為電極觸媒的研究,但對於氟的促進作用尚未有詳細研究,因此東京科學大學的研究結果為透過氟的複合化以提高電極觸媒活性提供了方針。此外,透過實驗與理論的融合,進而在與複合陰離子觸媒新材料類方面獲得了有用知識亦是一項重要的成果。

在此次研究中,東京科學大學提出了一項透過不使用稀有金屬、與資源限制較小之p區(p-block)元素的氟進行複合,進而提高一般金屬元素(鉛與鐵)電極觸媒產氧活性的新提案。透過陰離子的複合化以提高電極觸媒活性的方式不僅可以實現不受資源限制的電極觸媒,並且還具有工業實用性。今後透過進一步層狀氟氧化物的探索與觸媒開發,將可望實現在不使用貴金屬或稀有金屬的情況下開發出比現有材料具有更高活性的氧生成電極觸媒。


資料來源: hhttps://www.isct.ac.jp/ja/news/68ptm9d8y50v
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