抄録/ポイント：
抄録/ポイント
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水素発生反応(HER)のための高活性貴金属フリー触媒の開発は,より効率的で経済的に手頃な水分解プロセスを目指して,現在の基礎研究の焦点である。ほとんどのHER触媒はナノスケール(小さい粒径と高い表面積)でのみ研究されているが,金属ホウ化物(MB)はバルクの形で主に研究されている。これは,特にそれらの豊富な組成と構造多様性のため,構造-活性関係に基づく高効率で非貴金属のHER MB電極触媒を設計するためのユニークな機会を提供する。このアカウントでは,異常なHER性能の達成におけるホウ素とそのサブ構造の重要性と,次世代MB電極触媒の設計に対する構造-活性関係の利用の重要性に焦点を当てた。Mo-B系を研究することにより,モリブデンホウ化物のHER活性はホウ素含有量の増加とともに増加することを見出した:Mo_2B(構造中のB-B結合なし,最小活性)からα-MoB及びβ-MoB(ジグザグホウ素鎖,中間活性)及びMoB_2(平面グラフェン様ホウ素層,最も活性)。密度汎関数理論(DFT)計算は,六方晶MoB_2(α-MoB_2)中の(001)ホウ素層が,最も活性な表面であり,ベンチマークPt(111)表面のような類似のHER活性挙動を有することを示した。しかし,この平坦なホウ素層を椅子状形態(ホスホレン様層)に pすと,その活性を劇的に減少させ,それによって,MoB_2(Mo_2B_4またはβ-MoB_2)の菱面体晶修飾を,α-MoB_2よりも活性に低下させる。この発見はMo-W-B系の研究によってさらに支持された。事実,2元WB_2は,より活性な遷移金属Wを含むにもかかわらず,また,Moよりも元素形態で優れた性能を持つにもかかわらず,α-MoB_2よりも活性が低い。優れた触媒を設計するために,より活性なWをα-Mo_0.7W_0.3B_2の合成により六方晶α-MoB_2構造で安定化し,これはα-MoB_2より良好なHER電極触媒であることが実際に証明された。Wの代わりに等電子Crを用いて,α-Cr_1-xMo_xB_2固溶体に導いて,そのHER活性は,c格子定数の傾向と完全に整合し,従って,高い電流密度でPt/Cを凌駕する最良の触媒α-Cr_0.4Mo_0.6B_2を生成し,従って,高い活性触媒の設計において,構造-活性概念の有効性を過小評価する,という事で,最良の触媒α-Cr_0.4Mo_0.6B_2を生成した。”そのHER活性”は,それに続いて,高い電流密度で,Pt/Cを凌駕する最良の触媒α-Cr_0.4Mo_0.6B_2を生成した。”そのために,そのHER活性は,高い電流密度で,Pt/Cを凌駕する最良の触媒α-Cr_0.4Mo_0.6B_2を生成した。この概念をV-B系に適用し,最終的に新しいV_xB_y触媒とそれらの結晶構造と過電圧の予測に導くHER活性の予想外のホウ素鎖依存性の発見を導いた。最後に,これら全てのバルク結晶触媒の粒径の低減も可能であり,ナノスケールa-MoB_2およびVB_2に対して実証されたように,さらに大きなポテンシャルを提供した。それにもかかわらず,これらの結晶性ナノ材料は,それらの合成に必要な高温のため,まだ高度に凝集しており,従って,高度に分散したMBの合成は,将来,それらの異常な可能性の充足を可能にする緊急の目標である。Copyright 2022 American Chemical Society All rights reserved. Translated from English into Japanese by JST.【JST・京大機械翻訳】
