材料化学：高効率な電極触媒反応のための白金触媒の表面ひずみの操作

白金（Pt）は、持続可能なエネルギー変換システム用の電極触媒として広く用いられている。Ptの活性はその電子構造（通常はdバンド中心）によって制御されており、電子構造は格子ひずみに敏感に依存する。この依存性は触媒設計に活用でき、コア–シェル構造や弾性基板を用いることでひずみを調整したPt触媒が得られ、その電極触媒性能が劇的に改善された。しかし、多くの異なる過程が関与し得るPt触媒変換において、ひずみと活性の相関関係を詳細にマッピングすることや、特定の反応に最適なひずみ変化量を割り出すことは困難である。今回我々は、極めて薄いPtシェルをパラジウム系ナノキューブに堆積させた場合、リン化と脱リン化を通してナノキューブが膨張・収縮することによって、Pt(100)格子にひずみが生じ、そのひずみを−5.1％から5.9％まで調節できることを示す。我々は、このひずみ制御を用いてPtシェルの電極触媒活性を広範囲にわたって調整し、ひずみと活性の相関関係が、メタノール酸化反応ではM字型曲線に、水素発生反応では火山型曲線に従うことを見いだした。我々は、今回の手法を用いれば、さまざまな反応向けにPt触媒や、場合によっては他の金属触媒の性能を最適化する格子ひずみをスクリーニングできると予想する。

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