电催化剂表现出极好的水分解活性

 
上图显示了Fe3Co(PO4)4 @ rGO的理论预测结构。铁(Fe)表示为黄色，钴(Co)表示为蓝色，磷酸(P)表示为紫色，氧(O)表示为红色，氢(H)表示为白色。图片来源：UNIST最近与韩国蔚山国立科学技术研究院(UNIST)关联的一项研究报告了OER的磷酸酯基Fe3Co(PO4)4 /还原石墨烯氧化物(rGO)电催化剂(1)，该催化剂密度泛函理论(DFT)预测其具有很高的活性。
人们对“氢能将水分子分解产生电能”作为一种环境友好的能源来代替化石燃料非常感兴趣。同时，重要的是提高水分解反应的效率以使用较少的电，并且已经开发了廉价的高性能催化剂来帮助重要的产氧反应。
由UNIST自然科学学院的著名教授Kwang S.Kim领导的研究小组报告了OER的磷酸酯基Fe3Co(PO4)4 /还原石墨烯氧化物(rGO)电催化剂(1)根据密度泛函理论(DFT)预测具有很高的活性。新型催化剂引人注目，其性能比市售昂贵的催化剂提高了25%。
在水分解反应中，同时产生氢气和氧气。然而，两者的氧气产生反应相对较慢，以降低整个水分解反应的效率。为了克服这个问题，氧化铱(IrO 2)和氧化钌(RuO 2)被用作氧发生反应的催化剂以提高反应速率，但是它们的稳定性差于优异的性能。另外，昂贵的贵金属如铱和钌具有主要成分的局限性。
该团队开发了一种新的制氧催化剂，该催化剂使用廉价的材料并且高效且稳定。苏丹是将铁(Fe)，钴(Co)和磷酸(P)放在由UNIST化学研究员设计的氧化石墨烯载体上的材料。根据研究方向，UNIST化学研究员Hamilan使用一台超级计算机来计算铁和钴可以与磷酸结合的各种成分的材料。
在基于磷酸盐的电催化剂的情况下，氧释放反应在铁和钴原子上发生。这些原子周围的电子和化学键的分布决定了氧释放反应的效率。对于新开发的催化剂，计算添加的磷酸以优化该馏分。研究小组合成了这些理论上可以预测的材料，并通过实验对其进行了演示。
这种新型催化剂的效率比市售氧化铱催化剂高25%以上。催化效率被评估为“过电压”，即进入反应的额外电能的数量。当每1 cm 2催化剂获得100毫安(mA)的电流密度时，氧化铱需要303毫伏(mV)，而新催化剂仅需要237 mV。该值接近理论上的预测值。
新合成的材料具有出色的稳定性和性能。超过5000次后，反应的结构没有明显变化，即使反应70小时也没有降低反应性。另外，构成催化剂的氧化石墨烯载体补偿了铁/钴和磷酸的低电导率，这显示出更好的反应性。
杰出的金教授说：“通过这项研究，我们开发了一种比昂贵的商业催化剂生产更多氧气的催化剂，而且价格便宜数百倍。” “这将有助于开发用于各种环保能源材料(例如燃料电池)的催化剂。”