來自北見工業大學、慶應義塾大學和東京大學工業科學研究所的研究小組開發了一種鐵基超導材料,它是一種優異的析氧催化劑。
析氧反應是一種從水中產生氧氣的電極反應,並且用於能源領域的各種應用,例如水電解和金屬-空氣二次電池。但過電壓高、損耗大、缺乏高穩定性催化劑等問題阻礙了其商業化。
在這項研究中,我們建立了一種通過控制氧空位數量來合成鐵基超導體Sr2VFeAsO3-δ樣品的新方法,並使得研究氧空位數量與鐵基超導體之間的關係成為可能。催化性能..結果發現,當Sr2VFeAsO3-δ中的氧空位量大於0.5時,催化性能和催化穩定性顯著增強。
當通過電化學測量和第一性原理計算探索這種現象的原因時,發現氧空位直接參與析氧反應。當氧空位的量大於0.5時,氧空位之間的距離變得足夠短,使得氧原子的鍵合順利進行。
Sr2VFeAsO3-δ可以說是多功能材料的第一個例子,根據氧空位的數量,它既可以是超導材料,也可以是析氧催化劑。 1969年,約翰·古迪納夫提出了以絕對溫度和電子關聯爲參數的超導和反鐵磁性相圖,除了在國際上首次之外,還首次闡明了電子磁函數與氧生成反應函數之間的關聯世界上的時間。
這一結果表明,具有足夠量氧空位的超導相關材料是析氧催化劑的有希望的候選者,反之,可以通過對稱為析氧催化劑的材料進行改性來開發超導材料。這些材料的開發未來將取得巨大進展。