Bränsleceller, som väcker uppmärksamhet som en miljövänlig energikälla, få elektricitet och värme samtidigt genom den omvända reaktionen av vattenelektrolys. Därför, katalysatorn som ökar reaktionseffektiviteten är direkt kopplad till bränslecellens prestanda. Till detta, ett POSTECH-UNIST gemensamt forskarlag har tagit ett steg närmare utvecklingen av högpresterande katalysatorer genom att för första gången avslöja ex-lösningen och fasövergångsfenomenen på atomnivå.

Ett gemensamt forskarlag bestående av professor Jeong Woo Han och Ph.D. kandidat Kyeounghak Kim från POSTECHs avdelning för kemiteknik, och professor Guntae Kim från UNIST har avslöjat mekanismen genom vilken PBMO – en katalysator som används i bränsleceller – omvandlas från perovskitstruktur till skiktad struktur med nanopartiklar från lösning1 till ytan, bekräftar dess potential som en elektrod och en kemisk katalysator. Dessa forskningsrön har nyligen publicerats som ett utvändigt omslagspapper av Energi- och miljövetenskap , en internationell tidskrift inom energiområdet.

Katalysatorer är ämnen som förstärker kemiska reaktioner. PBMO (Pr _0,5 Ba _0,5 MnO ₃ -δ), en av katalysatorerna för bränsleceller, är känt som ett material som fungerar stabilt även när det används direkt som kolväte, inte väte. Särskilt, den uppvisar hög jonledningsförmåga när den ändras till en skiktad struktur under en reduktionsmiljö som förlorar syre. På samma gång, ex-lösningsfenomenet uppstår där elementen inuti metalloxiden segregerar till ytan.

Detta fenomen inträffar frivilligt under en reduktionsmiljö utan någon speciell process. När elementen inuti materialet stiger till ytan, bränslecellens stabilitet och prestanda förbättras avsevärt. Dock, det var svårt att designa materialen eftersom processen genom vilken dessa högpresterande katalysatorer bildades var okänd.

Med fokus på dessa funktioner, forskargruppen bekräftade att processen går igenom en fasövergång, partikel ex-lösning, och katalysatorbildning. Detta bevisades med hjälp av den första principberäkningen baserad på kvantmekanik och in-situ XRD2-experimentet som tillåter observation av kristallstrukturella förändringar i realtid i material. Forskarna bekräftade också att oxidationskatalysatorn som utvecklats på detta sätt visar upp till fyra gånger bättre prestanda än de konventionella katalysatorerna, verifiera att denna studie är tillämpbar på olika kemiska katalysatorer.

"Vi kunde exakt förstå materialen i atomenheter som var svåra att bekräfta i tidigare experiment, och framgångsrikt visat att det på så sätt övervinner begränsningarna i befintlig forskning genom att korrekt förstå material i atomenheter, som var svåra att bekräfta i befintliga experiment, och framgångsrikt visa dem, " förklarade professor Jeong Woo Han som ledde studien. "Eftersom dessa stödmaterial och nanokatalysatorer kan användas för avgasreduktion, sensorer, bränsleceller, kemiska katalysatorer, etc., aktiv forskning inom många områden förväntas i framtiden."