Ett forskarlag, tillsammans med professor Gun-Tae Kim och professor Jun-Hee Lee vid School of Energy and Chemical Engineering vid UNIST har lyckats utveckla högpresterande perovskitoxidkatalysatorer med användning av metalloxidmaterial med sena övergångstider. Således, de upptäckte orsaken bakom den förbättrade prestandan för både syrereduktionsreaktionen (ORR) och syreutvecklingsreaktionen (OER), vilket har förklarats av förändringen i övergångsmetallens oxidationstillstånd orsakad av ökningen av syrevakanser.

Perovskitoxidkatalysatorer är sammansatta av lantanid, övergångsmetall och syre. På grund av den utmärkta elektriska ledningsförmågan och bifunktionella ORR/OER-aktiviteten, dessa katalysatorer har ansetts vara en attraktiv kandidat för metall-luftbatterier eller bränsleceller, där motsatta reaktioner, som laddning och urladdning sker stadigt. Dock, på grund av den höga kostnaden och låga stabiliteten hos ädelmetallkatalysatorer, utveckling av alternativ är starkt önskvärd.

Det gemensamma forskarteamet undersökte sambandet mellan den bifunktionella katalytiska aktiviteten och den elektroniska strukturen hos modifierade perovskitoxider av Sm _0,5 Sr _0,5 Kuttra _3−δ (SSC) genom att införa syrevakanser utan förändring av ytan, fysikaliska egenskaper, och kemisk sammansättning. I studien, den koboltbaserade perovskiten valdes som den sena övergångsmetalloxidkatalysatorn med bifunktionell aktivitet för ORR och OER. Den bifunktionella förbättringen stöddes av de väl matchade resultaten av både teoretiska DFT-beräkningar och experimentella elektrokemiska mätningar.

"Det har varit känt att ORR-aktiviteten hos perovskitoxider orsakas när syrevakanser bildas, men de nyutvecklade katalysatorerna uppvisar god bifunktionalitet för både ORR och OER, " säger professor Lee. "Den förbättrade prestandan för både ORR och OER förklaras av förändringen i oxidationstillståndet för övergångsmetallen orsakad av ökningen av syrevakanser."

"Våra resultat tyder på att sena övergångsmetalloxider kan användas som effektiva bifunktionella katalysatorer genom införandet av syrevakanser, " säger professor Kim. "Vi förväntar oss att detta tillvägagångssätt kan påskynda upptäckten och designen av högeffektiva bifunktionella katalysatorer."