電極触媒：酸中における水電解のための八面体配位Co₃O₄

効率的な酸性水電解のために、イリジウム系材料に代わる、高活性で安定な非貴金属酸化物触媒を開発することが極めて重要である。しかし、従来のスピネル型コバルト酸化物には、不活性な四面体（T_d）配位部位と高活性な八面体（O_h）配位部位が共存することに起因する、本質的な性能限界がある。今回我々は、真空を介した溶融アルカリメカノケミカル法によって作製した、新しい三方晶相Co₃O₄（Tri-Co₃O₄）を報告する。この相は、空間群P-3m1（164）の稜共有型[CoO₆]八面体配位を示す。この緻密な3層構造によって、Co²⁺とCo³⁺は1:2の比で八面体配位に位置している。Tri-Co₃O₄は、酸性条件での酸素発生反応（OER）において電流密度10 mA cm⁻²で269 mVという低い過電圧を達成した。これは、スピネル型Co₃O₄よりも181 mV低い。Tri-Co₃O₄はまた、プロトン交換膜水電解（PEMWE）デバイスにおいて、セル電圧1.80 Vで1800 mA cm⁻²を超える電流密度を達成した。その触媒機構からは、稜共有型八面体配位の二次元（2D）層状構造が中間体の吸着を効果的に最適化でき、Coの溶出を低減して、この非貴金属触媒の活性と安定性を大幅に改善できることが示された。

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