Une équipe de recherche, dirigé conjointement par le professeur Gun-Tae Kim et le professeur Jun-Hee Lee de l'École d'ingénierie énergétique et chimique de l'UNIST, a réussi à développer des catalyseurs à base d'oxyde de pérovskite à haute performance utilisant des matériaux d'oxyde de métal de transition tardive. Ainsi, ils ont découvert la raison de l'amélioration des performances de la réaction de réduction de l'oxygène (ORR) et de la réaction de dégagement d'oxygène (OER), ce qui a été expliqué par le changement de l'état d'oxydation du métal de transition provoqué par l'augmentation des lacunes en oxygène.

Les catalyseurs d'oxyde de pérovskite sont composés de lanthanide, métal de transition et oxygène. En raison de l'excellente conductivité électrique et de l'activité bifonctionnelle ORR/OER, ces catalyseurs ont été considérés comme un candidat attractif pour les batteries métal-air ou les piles à combustible, dans laquelle des réactions opposées, telles que la charge et la décharge se produisent régulièrement. Cependant, en raison du coût élevé et de la faible stabilité des catalyseurs de métaux nobles, le développement d'alternatives est fortement souhaité.

L'équipe de recherche commune a étudié la relation entre l'activité catalytique bifonctionnelle et la structure électronique des oxydes de pérovskite modifiés de Sm 0,5 Sr 0,5 Roucouler 3−δ (SSC) en introduisant des lacunes d'oxygène sans modification de la surface, propriétés physiques, et composition chimique. Dans l'étude, la pérovskite à base de cobalt a été sélectionnée comme catalyseur d'oxyde de métal de transition tardive ayant une activité bifonctionnelle pour l'ORR et l'OER. L'amélioration bifonctionnelle a été soutenue par les résultats bien appariés des calculs DFT théoriques et des mesures électrochimiques expérimentales.

"On sait que l'activité ORR des oxydes de pérovskite est causée par la formation de lacunes d'oxygène, mais les catalyseurs nouvellement développés présentent une bonne bifonctionnalité à la fois pour l'ORR et l'OER, " explique le professeur Lee. " L'amélioration des performances de l'ORR et de l'OER s'explique par le changement de l'état d'oxydation du métal de transition causé par l'augmentation des lacunes en oxygène. "

"Nos résultats suggèrent que les oxydes de métaux de transition tardifs peuvent être utilisés comme catalyseurs bifonctionnels efficaces par l'introduction de lacunes d'oxygène, ", déclare le professeur Kim. "Nous pensons que cette approche peut accélérer la découverte et la conception de catalyseurs bifonctionnels hautement efficaces."