原子级电解溶液相变现象首次被发现，向开发高性能催化剂迈进了一步

燃料电池作为一种环保能源受到关注，它通过水电解的逆反应同时获得电能和热量。因此，提高反应效率的催化剂与燃料电池的性能直接相关。为此，POSTECH-UNIST联合研究团队通过首次发现原子级的电解溶液相变现象，向开发高性能催化剂迈进了一步。

郑雨汉教授和博士的联合研究小组，POSTECH化学工程系的候选人KyeounghakKim和UNIST的GuntaeKim教授发现了PBMO（燃料电池中的催化剂），从钙钛矿结构转变为层状结构的机制，纳米颗粒在溶液中易溶解，确认其作为电极和化学催化剂的潜力。这些研究结果最近作为能源领域的国际期刊《能源与环境科学》的封面封底发表。

催化剂是增强化学反应的物质。PBMO（Pr0.5Ba0.5MnO3-δ），一种燃料电池催化剂，是一种即使直接用作烃而不是氢也能稳定运行的材料。特别是，在失去氧的还原环境下，由于变为层状结构，因此显示出高的离子传导性。同时，发生析出现象，其中金属氧化物内部的元素偏析到表面。

在还原环境下，无需任何特殊过程即可自动发生此现象。当材料内部的元素上升到表面时，燃料电池的稳定性和性能会大大提高。但是，由于形成这些高性能催化剂的过程是未知的，因此难以设计材料。

图1.取决于还原环境的材料相变，溶液前颗粒形成以及催化活性变化过程的示意图。

着眼于这些特征，研究团队确认该过程经历了相变，颗粒脱附和催化剂形成的过程。使用基于量子力学的第一性原理计算和原位XRD，实验证明了这一点，该实验可以观察材料中实时晶体结构的变化。研究人员还证实，用这种方法开发的氧化催化剂显示出比传统催化剂高出四倍的性能，这证明该研究适用于各种化学催化剂。

XRD（X射线衍射）：一种分析方法，当X射线照射到材料上时，该分析方法基于在特定角度发生的衍射来识别材料的晶体结构。

能够准确理解以前实验中难以确定的原子单位材料，并成功地进行了演示，从而通过准确理解原子单位中难以确定的材料克服了现有研究的局限性，并且成功地展示了它们。由于这些载体材料和纳米催化剂可用于减少废气、传感器、燃料电池、化学催化剂等，因此，未来有望在许多领域进行积极的研究。

这项研究是在三星研究资助与孵化中心以及韩国能源技术评估与规划研究所的支持下进行的。