Un gruppo di ricerca, guidato congiuntamente dal professor Gun-Tae Kim e dal professor Jun-Hee Lee nella School of Energy and Chemical Engineering dell'UNIST è riuscito a sviluppare catalizzatori di ossido di perovskite ad alte prestazioni utilizzando materiali di ossido di metallo di transizione tardiva. Così, hanno scoperto la ragione del miglioramento delle prestazioni sia della reazione di riduzione dell'ossigeno (ORR) che della reazione di evoluzione dell'ossigeno (OER), che è stato spiegato dal cambiamento nello stato di ossidazione del metallo di transizione causato dall'aumento delle vacanze di ossigeno.

I catalizzatori di ossido di perovskite sono composti da lantanidi, metallo di transizione e ossigeno. Grazie all'eccellente conducibilità elettrica e all'attività ORR/OER bifunzionale, questi catalizzatori sono stati considerati un candidato interessante per batterie metallo-aria o celle a combustibile, in cui reazioni opposte, come la carica e la scarica si verificano costantemente. Però, a causa dell'alto costo e della bassa stabilità dei catalizzatori di metalli nobili, lo sviluppo di alternative è fortemente auspicato.

Il gruppo di ricerca congiunto ha studiato la relazione tra l'attività catalitica bifunzionale e la struttura elettronica degli ossidi di perovskite modificati di Sm _0,5 Sr _0,5 CoO _3−δ (SSC) introducendo posti vacanti di ossigeno senza modificare la superficie, Proprietà fisiche, e composizione chimica. Nello studio, la perovskite a base di cobalto è stata selezionata come catalizzatore di ossido di metallo di transizione tardivo avente attività bifunzionale per l'ORR e l'OER. Il miglioramento bifunzionale è stato supportato dai risultati ben abbinati sia dei calcoli teorici DFT che delle misurazioni elettrochimiche sperimentali.

"È noto che l'attività ORR degli ossidi di perovskite è causata dalla formazione di vacanze di ossigeno, ma i catalizzatori di nuova concezione mostrano una buona bifunzionalità sia per ORR che per OER, " afferma il professor Lee. "Il miglioramento delle prestazioni sia dell'ORR che dell'OER è spiegato dal cambiamento nello stato di ossidazione del metallo di transizione causato dall'aumento delle vacanze di ossigeno".

"I nostri risultati suggeriscono che gli ossidi di metalli di transizione tardivi possono essere utilizzati come catalizzatori bifunzionali efficienti mediante l'introduzione di vacanze di ossigeno, " afferma il professor Kim. "Ci aspettiamo che questo approccio possa accelerare la scoperta e la progettazione di catalizzatori bifunzionali altamente efficienti".