酸素還元反応活性の強化とランタニドの二周期的傾向

Feb 12, 2024

2023 年 6 月 27 日

この記事は、Science X の編集プロセスとポリシーに従ってレビューされています。 編集者は、コンテンツの信頼性を確保しながら、次の属性を強調しました。

事実確認済み

査読済みの出版物

信頼できる情報源

校正する

中国科学院、張南南著

中国科学院寧波材料技術工学院（NIMTE）の王立平教授率いる研究グループは、ランタニドドープ二硫化モリブデン（Ln）の酸素還元反応（ORR）活性の増強と二周期的な化学傾向を報告した。 -MoS2)。 この研究はNature Communications誌に掲載された。

MoS2 には、触媒、固体潤滑、オプトエレクトロニクス、その他の分野で幅広い応用の可能性があります。 Sm、Eu、Dy、Ho、Er、Yb などのさまざまなランタニド (Ln) を MoS2 にドープして、その物理化学的特性を変更できます。

O2 を H2O に還元することにより、表面酸素の減少は、燃料電池の効率やデバイスの電気腐食など、Ln-MoS2 ベースの機能性材料、コーティング、デバイスの性能と寿命に重要な役割を果たします。 Ln-MoS2 の表面における ORR 活性とその軌道化学メカニズムを調査することは、Ln-MoS2 システムの実用化設計、正確な性能制御、および効果的な保護のための指針を提供することができます。

研究者らは、密度汎関数理論の計算を通じて、15 個の Ln-MoS2 (Ln = La ~ Lu) 表面すべての ORR プロセスを調査しました。

Ln のドーピングにより、Ln-MoS2 表面上の ORR 活性が大幅に強化されました。 さらに、ORR 活性を調節する興味深い二周期的な化学的傾向が観察されました。

さらに、緩いf/液体界面における水の影響は、熱力学統計に基づいて正確にシミュレートされました。 ORR 活性を定量的に明らかにし、関連する実験を効果的に導くために、電流電位分極曲線シミュレーションも実行されました。

詳細な電子構造解析により、ORR活性の増強は、Ln-MoS2上のヒドロキシルおよびヒドロペルオキシル吸着物を選択的に安定化し、ORRエネルギー障壁を大幅に低下させる欠陥状態ペアリング機構に起因する可能性があることが明らかになった。

さらに、Ln-MoS2 系の一般的な軌道化学メカニズムが提案されました。これは、さまざまな電子的、熱力学的、および運動学的特性で観察される固有の二周期的傾向を説明するのに役立ちます。

この研究は、電極触媒、光電子ナノデバイス、および防食コーティングにおける有望な応用および商業的見通しを備えた優れた Ln-MoS2 ベースの材料および関連システムの設計に光を当てます。

詳しくは： Yu Hao et al、強化された酸素還元活性と二周期化学的傾向を備えたランタニドドープ MoS2、Nature Communications (2023)。 DOI: 10.1038/s41467-023-39100-5

雑誌情報:ネイチャーコミュニケーションズ

中国科学院提供