중국과학원 닝보재료기술공학연구소(NIMTE) 왕리핑(Wang Liping) 교수가 이끄는 연구그룹은 란탄족 원소가 도핑된 이황화 몰리브덴(Ln)의 향상된 산소 환원 반응(ORR) 활동과 이주기적 화학 경향을 보고했습니다. -MoS2). 이 연구는 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 게재되었습니다.

MoS2는 촉매작용, 고체 윤활, 광전자공학 및 기타 분야에서 폭넓은 응용 가능성을 가지고 있습니다. Sm, Eu, Dy, Ho, Er, Yb 등과 같은 다양한 란탄족 원소(Ln)를 MoS2에 도핑하여 물리화학적 특성을 수정할 수 있습니다.

O2를 H2O로 환원함으로써 표면 산소 감소는 연료 전지 효율 및 장치 갈바닉 부식과 같은 Ln-MoS2 기반 기능성 재료, 코팅 및 장치의 성능과 수명에 중요한 역할을 합니다. Ln-MoS2 표면의 ORR 활동과 궤도 화학 메커니즘을 탐색하면 Ln-MoS2 시스템의 실제 응용 설계, 정확한 성능 조절 및 효과적인 보호에 대한 지침을 제공할 수 있습니다.

밀도-함수 이론 계산을 통해 연구진은 모든 15개 Ln-MoS2(Ln=La~Lu) 표면에서 ORR 과정을 조사했습니다.

Ln 도핑은 Ln-MoS2 표면의 ORR 활성을 크게 향상시켰습니다. 또한, ORR 활성의 매혹적인 조절 이주기적 화학적 경향이 관찰되었습니다.

더욱이, 느슨한 f/액체 경계면에 대한 물의 영향은 열역학적 통계를 기반으로 정확하게 시뮬레이션되었습니다. ORR 활동을 정량적으로 밝히고 관련 실험을 효과적으로 안내하기 위해 전류-전위 분극 곡선 시뮬레이션도 수행되었습니다.

심층적인 전자 구조 분석을 통해 ORR 활성의 향상은 Ln-MoS2의 하이드록실 및 하이드로퍼옥실 흡착물을 선택적으로 안정화하여 ORR 에너지 장벽을 크게 낮추는 결함 상태 페어링 메커니즘에 기인할 수 있음이 밝혀졌습니다.

또한, Ln-MoS2 시스템의 일반적인 궤도 화학 메커니즘이 제안되었으며, 이는 다양한 전자, 열역학적 및 운동학적 특성에서 관찰되는 고유한 이중 주기 경향을 설명하는 데 도움이 됩니다.

이 연구는 전기촉매, 광전자 나노장치 및 부식 방지 코팅 분야에서 유망한 응용 및 상업적 전망을 갖춘 우수한 Ln-MoS2 기반 재료 및 관련 시스템의 설계에 대해 조명합니다.

추가 정보: Yu Hao 등, 강화된 산소 환원 활성 및 이중 주기 화학 경향을 갖는 란탄족 원소 도핑 MoS2, Nature Communications(2023). DOI: 10.1038/s41467-023-39100-5

저널 정보:네이처커뮤니케이션즈

중국과학원 제공

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