धातु के d-बैंड केंद्र के ऑक्सीजन रिक्ति द्वारा उत्पन्न ऊँचाई के माध्यम से द्वि-कार्यात्मक विद्युत-촉क गतिविधियों को बढ़ाना

कुशल इलेक्ट्रोकैमिकल उत्प्रेरकों के लिए, ऑक्सीजन कमी प्रतिक्रिया (ORR) और ऑक्सीजन विकास प्रतिक्रिया (OER) के लिए कई अणु-स्तरीय वर्णक प्रस्तावित किए गए हैं। पेरोव्स्काइट उत्प्रेरकों के विभिन्न वर्णक ORR या OER को समझने के लिए सफलतापूर्वक प्रस्तावित किए गए हैं, लेकिन पिछले अध्ययन दोनों ORR और OER को एक साथ समझाने और बढ़ाने के लिए अपर्याप्त हैं, क्योंकि कई अलग-अलग रासायनिक यौगिकों, संरचनाओं और धातु कक्षों के बैंड जैसी बाधाएँ हैं। इसलिए, हम पेरोव्स्काइट ऑक्साइड Sm0.5Sr0.5CoO3−δ (SSC) में केवल ऑक्सीजन रिक्ति संघटन के कार्य के रूप में ORR/OER गतिविधियों की जांच करते हैं ताकि डेल्टा (δ) और इलेक्ट्रॉनिक संरचना के बीच करीबी संबंध की जांच की जा सके। दिलचस्प रूप से, ORR और OER का सुधरा हुआ प्रदर्शन संक्रमण धातु की ऑक्सीडेशन स्थिति में परिवर्तन द्वारा स्पष्ट किया गया है जो ऑक्सीजन रिक्तियों की वृद्धि के कारण होता है। दुर्भाग्यवश, अधिकांश पिछले शोध अध्ययनों ने केवल ऑक्सीजन रिक्ति (δ) के प्रभाव पर ध्यान केंद्रित किया है। इसे पुष्टि करने के लिए, हमने गतिविधि वर्णक के आंतर-आधार धातुओं की ऑक्सीडेशन स्थितियों के बारे में तय करने के लिए घनत्व कार्यात्मक सिद्धांत (DFT) विश्लेषण किया। DFT विश्लेषण से पता चलता है कि SSC की ORR और OER गतिविधियाँ d- और p-बैंड केंद्रों (ΔEd–p) के बीच घटते गैप के कारण एक साथ बढ़ती हैं, जो d-बैंड केंद्र (Md) की वृद्धि द्वारा होती है। एक्स-रे अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी ने सभी संक्रमण धातुओं की सटीक इलेक्ट्रॉनिक अवस्थाओं को प्रदान किया है। यहां, हम रिपोर्ट करते हैं कि ORR/OER का एक महत्वपूर्ण कारक केवल पेरोव्स्काइट ऑक्साइड में संक्रमण धातु की ऑक्सीडेशन स्थिति द्वारा प्रभावित होता है, न कि ऑक्सीजन रिक्ति संघटन से।