Совместная исследовательская группа профессора Чжон Ву Хана и кандидата наук Кеунгхака Кима из департамента химической инженерии POSTECH и профессора Гунтае Кима из UNIST раскрыла механизм, с помощью которого PBMO - катализатор, используемый в топливных элементах - преобразуется из перовскитной структуры в слоистую структуру с наночастицами, выходящими из раствора1 на поверхность., подтверждая его потенциал в качестве электрода и химического катализатора. Эти результаты исследования были недавно опубликованы в качестве внешней обложки журнала Энергетика и наука об окружающей среде, международный журнал в области энергетики.

Катализаторы - это вещества, которые усиливают химические реакции. PBMO (Pr0.5Ba0.5MnO3-δ), один из катализаторов для топливных элементов, известен как материал, который стабильно работает даже при непосредственном использовании в качестве углеводорода, а не водорода. В частности, он проявляет высокую ионную проводимость, поскольку превращается в слоистую структуру в восстановительной среде, в которой теряется кислород. В то же время происходит явление выхода из раствора, при котором элементы внутри оксида металла выделяются на поверхность.

Это явление происходит добровольно в восстановительной среде без какого-либо конкретного процесса. По мере того как элементы внутри материала поднимаются на поверхность, стабильность и производительность топливного элемента значительно улучшаются. Однако разработать материалы было сложно, поскольку процесс, с помощью которого были получены эти высокоэффективные катализаторы, был неизвестен.

Сосредоточив внимание на этих особенностях, исследовательская группа подтвердила, что процесс проходит через последовательность фазовых переходов, выхода частиц из раствора и образования катализатора. Это было доказано с помощью расчета первых принципов, основанного на квантовой механике, и эксперимента in-situ XRD2, который позволяет наблюдать изменения кристаллической структуры материалов в реальном времени. Исследователи также подтвердили, что катализатор окисления, разработанный таким образом, демонстрирует в четыре раза лучшие характеристики, чем обычные катализаторы, подтверждая, что это исследование применимо к различным химическим катализаторам.

"Мы смогли точно понять материалы в атомных единицах, которые было трудно подтвердить в предыдущих экспериментах, и успешно продемонстрировали это, тем самым преодолев ограничения существующих исследований, точно поняв материалы в атомных единицах, которые было трудно подтвердить в существующих экспериментах, и успешно продемонстрировав их", - объяснил профессор Чжон Ву Хан. который руководил исследованием. "Поскольку эти вспомогательные материалы и нанокатализаторы могут быть использованы для уменьшения выбросов выхлопных газов, датчиков, топливных элементов, химических катализаторов и т.д., в будущем ожидаются активные исследования во многих областях".

Это исследование было проведено при поддержке Центра финансирования и инкубации исследований Samsung и Корейского института оценки и планирования энергетических технологий.