Research Abstract
共有結合で補強された酸素発生反応触媒
Covalency-reinforced oxygen evolution reaction catalyst
2015年9月10日 Nature Communications 6 : 8249 doi: 10.1038/ncomms9249
水の酸化時に起こる酸素発生反応は、充電式の金属空気電池や太陽光による水分解に不可欠なエネルギー変換反応であるため、非常に重要である。安価な原料から合成できるABO3ペロブスカイトは、酸素発生反応に対する活性が高いことから、広く研究されてきた。しかし、ABO3ペロブスカイトは安定性に欠けており、この問題に対する効果的な解決策がまだ示されていない。今回我々は、Fe4+系四重ペロブスカイトCaCu3Fe4O12が、Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δなどの最先端の触媒や、信頼性の高いRuO2と同等以上の高い活性を示すことを報告する。複数の遷移金属イオン、すなわちCu2+とFe4+を含む共有結合ネットワークが、CaCu3Fe4O12の構造的安定性を著しく向上させており、長寿命高活性触媒を実現するカギとなっている。
Shunsuke Yagi, Ikuya Yamada, Hirofumi Tsukasaki, Akihiro Seno, Makoto Murakami, Hiroshi Fujii, Hungru Chen, Naoto Umezawa, Hideki Abe, Norimasa Nishiyama & Shigeo Mori
Corresponding Authors
The oxygen evolution reaction that occurs during water oxidation is of considerable importance as an essential energy conversion reaction for rechargeable metal–air batteries and direct solar water splitting. Cost-efficient ABO3 perovskites have been studied extensively because of their high activity for the oxygen evolution reaction; however, they lack stability, and an effective solution to this problem has not yet been demonstrated. Here we report that the Fe4+-based quadruple perovskite CaCu3Fe4O12 has high activity, which is comparable to or exceeding those of state-of-the-art catalysts such as Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3−δ and the gold standard RuO2. The covalent bonding network incorporating multiple Cu2+ and Fe4+ transition metal ions significantly enhances the structural stability of CaCu3Fe4O12, which is key to achieving highly active long-life catalysts.
