금속 산화물 양극에서의 CER–OER 스케일링 관계

RuO₂ 및 관련 금속 산화물 양극에서, CER 중간체(Cl* 흡착 에너지)와 OER 중간체(OH*/O* 흡착 에너지)는 모두 표면 활성 자리의 산소 흡착 에너지와 함께 스케일링되며(DFT, Hansen et al. 2010 PCCP), 이로 인해 두 경쟁 반응이 단일 기술자(descriptor)에 연동된다 (see Choi et al., Adv. Mater. (2023), §1–2, Fig. 2b).

중요성

두 중간체가 동일한 기술자를 추종하기 때문에, CER 활성에 최적화된 촉매는 OER 활성 극소점 근방에도 위치하게 되며—그 역도 마찬가지다—결과적으로 이 관계를 깨뜨리지 않는 한 독립적인 최적화는 불가능하다. 따라서 새로운 활성 자리 기하 구조(단원자, 비산화물 기지)를 통해 스케일링 관계를 타파하는 것이, 귀금속을 사용하지 않는 선택적 CER 양극의 핵심 설계 목표가 된다 (see Choi et al., Adv. Mater. (2023), §2).

연관 관계

상용 DSA-RuO₂-IrO₂는 이 제약을 잘 보여주는 사례로, RuO₂/IrO₂ 활성 자리가 CER 및 OER 중간체를 연동시킴으로써 선택성의 상한을 제한한다. 지구 풍부 원소 기반의 Co₃O₄-nanoparticles-CER는 양성자 비연동(proton-uncoupled) Krishtalik-mechanism-neutral-CER 경로를 통해 진행됨으로써—Co(IV) 없이—RuO₂ 스케일링 관계를 부분적으로 회피하며, 이는 Ha et al., J. Phys. Chem. Lett. (2019)의 주요 결과에서 확인되고 해당 리뷰에서 맥락화된다.