炭素ベースのエネルギー源に代わる持続可能な代替手段を追求する上で、技術の効率性と拡張性は重要な役割を果たします。二原子触媒の開発は再生可能エネルギーを促進し、特に水分解システム (WWS) は有望なソリューションを提供します。DAC を使用することで、酸素還元/発生や水素発生などの重要な反応を改善できます。これにより、エネルギー変換における効率的な二原子触媒を備えたバッテリー技術が大幅に進歩します。
中国の青島バイオエネルギー・バイオプロセス技術研究所の科学者たちは、主要な半反応の設計を改善することで、 WSSの性能向上を目指しています。これらの反応には、酸素還元反応、酸素発生反応、水素発生反応が含まれます。炭素系エネルギー源に代わる持続可能な代替手段を探すには、迅速で効率的かつ拡張可能な技術が必要です。水分解システム（WWS）の形をとる太陽光発電バッテリーは、有望な解決策となります。WWSに関連する複雑で遅い反応ステップが、現在、その普及を妨げています。二原子触媒は、重要な反応の速度と性能を向上させます。単原子触媒と金属/合金ナノ粒子触媒の間の橋渡しとして機能し、これらのプロセスにおいて目覚ましい進歩を遂げることができます。
本研究の責任著者である江和清氏は、「酸素還元／発生反応と水素発生反応は、多プロトン・電子結合プロセスを伴う中核反応であり、反応速度が遅いため、変換効率を向上させるために、効率的で安定かつ低コストの電気触媒材料を開発することが急務である」と述べた。
DACの重要性
二原子触媒（DAC）は、活性部位あたり複数の金属原子を有するため、エネルギー触媒において重要な役割を果たします。単原子触媒（SAC）と比較して、多様な触媒活性、効率的な原子利用、反応中間体との良好な相互作用といった特長を備えています。さらに、エネルギー変換システムにおいてSACを使用すると、反応障壁が高くなるため、エネルギー変換効率が著しく低下します。
DAC中の2つの金属原子は相乗効果を生み出し、2つの活性部位間の協調効果を効率的に調節することを可能にする。これにより、反応に必要なエネルギー障壁が大幅に低下する。
焼結方法の重要性
DACの可能性を広げ、広く普及させるためには、高温焼結法を用いた合成メカニズムを深く掘り下げることが重要です。これは間違いなく開発を促進し、商業利用をより容易にするでしょう。原子化および焼結プロセスは、原子化によってコバルトをナノ粒子に変換することを目的としています。次に、それらを利用して焼結により単原子（SA）種と二原子（DA）種の両方を生成します。
この研究の戦略的な意義は、 21種類の他のダイヤモンドアンビルセル（DAC）を生成する際の、アトマイズ／焼結の様々な応用を解明できる点にある。これらのDACがアトマイズ／焼結プロセスによってどのように形成されるかを理解することで、持続可能なエネルギー利用を探求するための様々な機会が開かれるだろう。DACの数が増えるにつれて、この分野におけるさらなる進歩の可能性も高まる。
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安定した化合物と有望な結果
二原子化合物Co2N5は亜鉛空気電池で厳密な試験を受け、非常に有望な結果が得られた。亜鉛空気電池の安定性は驚異的で、約800時間（約1ヶ月）に及んだ。さらに、これらの電池はもう一つの注目すべき特徴を示した。それは、暗闇の中でも約1,000時間（約1ヶ月半）にわたって水を連続的に分解し、途切れることなく動作し続ける能力である。これらの結果は、電池技術における大きな進歩を示すものである。
江和清氏は、「DAC（二原子触媒）の研究は継続中です。この普遍的で拡張性のある戦略は、エネルギー変換技術における効率的な多機能二原子触媒の制御された設計に機会をもたらします」と述べた。
二原子触媒の開発は再生可能エネルギーの発展を促進するが、二金属触媒の性能をさらに向上させるための改良の余地がある。また、低温や海水などの様々な条件下での性能を評価し、大規模利用や商業利用を妨げる可能性のある課題を特定することも有益である。
