기타미공업대학, 게이오기주쿠대학, 도쿄대학 생산기술연구소의 연구팀은 매우 우수한 산소 발생 촉매가 되는 철계 초전도 재료를 개발했다.
산소 발생 반응은 물로부터 산소가 생성되는 전극 반응으로 물의 전기 분해나 금속 공기 이차 전지 등 에너지 분야에서 다양한 용도로 사용되고 있다.그러나, 과전압이 높고 손실이 큰 것이나, 안정성이 높은 촉매가 존재하지 않는 것이 실용화를 저지하고 있었다.
본 연구에서는 철계 초전도체로 알려진 Sr2VFeAsO3-δ에 대해 산소 결함량을 제어하여 시료를 합성하는 새로운 방법을 확립하여 산소 결함량과 촉매 성능의 관계를 조사할 수 있게 했다. .이 결과, Sr2VFeAsO3-δ의 산소 결함량을 0.5보다 크게 하면, 촉매 성능과 촉매 안정성이 현저하게 증강되는 것이 발견되었다.
이 원인을 전기화학 측정과 제0.5 원리 계산에 의해 탐색한 결과, 산소 결함이 직접 산소 발생 반응에 관련되어 있는 것을 알 수 있었다.산소 결함량이 XNUMX보다 크면 산소 결함 사이의 거리가 충분히 짧아지기 때문에 산소 원자의 결합이 원활하게 진행된다고 한다.
Sr2VFeAsO3-δ는 산소 결함량에 따라 초전도 재료에도 산소 발생 촉매가 되는 다중 기능성 재료의 최초의 예라고 할 수 있다. John Goodenough는 1969년, 절대 온도와 전자 상관을 파라미터로 초전도와 반강자성의 상도를 제안했지만, 이번에 초전도와는 무연으로 여겨지고 있던 과전압이라는 새로운 축을 50년 덧붙여서, 전자 자기 기능과 산소 발생 반응 기능의 상관이 세계에서 처음으로 밝혀졌다.
본 성과에 의해, 충분한 산소 결함량을 갖는 초전도 관련 재료가 산소 발생 촉매의 후보로서 유망한 것이나, 반대로 산소 발생 촉매로서 알려진 재료에 손을 가함으로써 초전도 재료를 개발할 수 있다 가능성도 나타났다고 해도 앞으로 이들 재료 개발이 비약적으로 진행될 것으로 기대된다.
