Tohoku Universiteti tərəfindən

Lisa Lock tərəfindən redaktə edilib , Robert Egan tərəfindən nəzərdən keçirilib

 Redaktorların qeydləri

 GIST

Tercih edilən mənbə kimi əlavə edin

DFT əsaslı Purbaix səth diaqramı ilə PtBi ₂ monolayerinin elektrokimyəvi səth vəziyyətinin (ESS) müəyyən edilməsi . Mənbə: The Journal of Physical Chemistry Letters (2025). DOI: 10.1021/acs.jpclett.5c03589

Oksigen reduksiya reaksiyası (ORR) yanacaq elementlərində və metal-hava batareyalarında əsas prosesdir və texnologiyaların aşağı karbonlu enerji gələcəyində mərkəzi rol oynaması gözlənilir. Lakin, ORR əksər materiallarda yavaş-yavaş baş verir, səmərəliliyi məhdudlaşdırır və xərcləri artırır. Buna görə də bu reaksiyanı sürətləndirə biləcək katalizatorların tapılması enerji izimizi azaltmaqda böyük bir problemdir.

İkiölçülü (2D) topoloji materiallar son zamanlar potensial elektrokatalizatorlar kimi diqqəti cəlb edir. Onların qeyri-adi elektron xüsusiyyətləri, yük daşınmasını artıra bilən möhkəm topoloji səth halları (TSS) yaradan spin-orbit birləşməsindən (SOC) irəli gəlir. İndiyə qədər əksər tədqiqatlar bu səthlərin reaksiyalar zamanı təmiz və dəyişməz qaldığını fərz edirdi.

Lakin reallıq fərqlidir. Real elektrokimyəvi mühitlərdə katalizator səthləri heç də təmiz deyil. Onlar ətrafdakı elektrolit və reaksiya aralıqları ilə daim qarşılıqlı təsir göstərərək sözdə elektrokimyəvi səth halları (ESS) əmələ gətirirlər. Əgər elm adamları 2D topoloji materiallardan istifadə edəcəklərsə, bu real səthlərin topoloji xüsusiyyətlərə və katalitik performansa necə təsir etdiyini anlamaq vacibdir.

Bu problemi həll etmək üçün Tohoku Universitetinin tədqiqatçıları atom baxımından nazik ikiölçülü material olan monolayer platin bismutidini (PtBi₂) model topoloji elektrokatalizator kimi araşdırdılar. Kvant səviyyəli hesablamaları reaksiyaların pH-dan necə asılı olduğunu göstərən modellərlə birləşdirərək, komanda katalizatorun oksigen reduksiyası şəraitində əsl işçi səthini müəyyən etdi.

Onların nəticələri göstərdi ki, PtBi₂ səthini örtən təxminən bir monoqat hidroksil (HO*) növü ilə ORR ilə əlaqəli potensiallarda sabitləşir. Bu o deməkdir ki, aktiv səth ideal topoloji səth deyil, əməliyyat zamanı əmələ gələn HO* ilə induksiya olunmuş elektrokimyəvi səth vəziyyətidir.

Əhəmiyyətli olan odur ki, bu səthin yenidən qurulması materialın topoloji təbiətini silmir. Bunun əvəzinə, elektron mənzərəni yenidən formalaşdırır, lokal SOC ilə təchiz olunmuş səth vəziyyətləri və Fermi səviyyəsinə yaxın yüksək sıxlıqlı elektron vəziyyətləri olan düz zolaq kimi bir xüsusiyyət yaradır. Bu xüsusiyyətlər ORR aralıq məhsullarına elektron birləşməni gücləndirir və interfeys dipollarına həssaslığı azaldır. Tədqiqat The Journal of Physical Chemistry Letters jurnalında dərc olunub .

Yollar izdihamlı nəqliyyata istiqamət verə bildiyi kimi, topoloji çərçivə də katalizator səthini örtən adsorbatlara baxmayaraq elektron axınını faydalı şəkildə idarə edir.

Tədqiqatçılar pH təsirlərini açıq şəkildə nəzərə alaraq , PtBi₂-ın qələvi mühitlərdə pik həddə yaxın ORR aktivliyinə nail olduğunu proqnozlaşdırırlar. Bu, ideallaşdırılmış səth modellərinə əsaslanmaq əvəzinə, real elektrokimyəvi şəraitdə katalitik performansın qiymətləndirilməsinin vacibliyini vurğulayır.

Tohoku Universitetinin WPI-AIMR-in görkəmli professoru Hao Li deyir: “Tapıntılarımız göstərir ki, topoloji səth vəziyyətləri elektrokimyəvi rekonstruksiya yolu ilə yaşaya və hətta optimallaşdırıla bilər. Bu, kvant topologiyası və elektrokimyəvi səth kimyasının birlikdə nəzərdən keçirilməli olduğu yeni nəsil elektrokatalizatorlar üçün praktik dizayn prinsipi təmin edir.”

Nəşr detalları

Heng Liu və digərləri, Spin-Orbit Birləşməsi ilə 2D Topoloji Elektrokalizatörlər: “Elektrokimyəvi” və “Topoloji” Səth Vəziyyətləri arasında Qarşılıqlı Əlaqə, The Journal of Physical Chemistry Letters (2025). DOI: 10.1021/acs.jpclett.5c03589

Jurnal məlumatı: Fiziki Kimya Məktubları Jurnalı 

Tohoku Universiteti tərəfindən təmin edilir