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2025-08-23 14:27:00
分割水に対する反応を行う新しい触媒材料の芸術的解釈。クレジット：Jin HuangとSiyuan Zuo
イリジウムの代替品の検索
何年もの間、世界中の科学者たちは、きれいな水素燃料の生産に重要な役割を果たす貴重で非常に費用のかかる金属であるイリジウムを置き換えるために働いてきました。
最近、研究者は画期的なツールを使用して代替品を特定することに成功し、1つの午後にそれをしました。
トヨタリサーチインスティテュート（TRI）と協力して、ノースウェスタンチームはこのプラットフォームを使用して、水素生成の有望な触媒を特定しました。候補者を特定した後、彼らはそれをスケーリングし、材料が実際のデバイス内で、すべて非常に短い時間で実行できることを証明しました。
材料の発見のための巨大な
膨大な科学者は、豊富で安価で、触媒特性ですでに知られている4つの金属の無数の組み合わせをテストすることができました。この大規模なスクリーニングの取り組みから、研究者はまったく新しい資料を明らかにしました。実験室での試験では、一致するだけでなく、場合によっては、イリジウムベースの触媒を上回り、価格のほんの一部しかかかりませんでした。
その影響は、緑色の水素の価格を下げることをはるかに超えています。この成功はまた、膨大な分野で新しい材料がどのように発見されるかに革命をもたらす可能性のあるメガリバリアプローチ自体の可能性を強調しています。
この研究は8月19日に公開されました Journal of the American Chemical Society（JACS）。
最高の素材を見つける新しい方法
「間違いなく世界で最も強力な合成ツールを解き放ちました。これにより、化学者や材料の科学者が利用できる膨大な数の組み合わせを検索して、重要な材料を見つけることができます」と、研究の上級著者であり、メガリブラリープラットフォームの主要な発明者であるチャドA.ミルキンは述べました。 「この特定のプロジェクトでは、エネルギーセクターが直面している主要な問題に向けてその能力を導きました。つまり、イリジウムと同じくらい良いが、より豊富で、より豊富で、より安価な素材を見つけるにはどうすればよいですか？
ナノテクノロジーの先駆者であるミルキンは、ノースウェスタンのワインバーグ芸術科学大学のジョージB.ラスマン化学の教授です。 McCormick School of Engineeringの化学および生物学的工学、生物医学工学、材料科学および工学の教授。国際ナノテクノロジー研究所のエグゼクティブディレクター。ミルキンは、マコーミックの電気およびコンピューター工学の教授であり、パウラM.トリエネルの持続可能性とエネルギー研究所のエグゼクティブディレクターであるワインバーグのテッドサージェント、リンホプトンデイビス、グレッグデイビス化学のグレッグデイビス教授と共同で行われました。
水素のイリジウム問題
世界が化石燃料から離脱して脱炭素化に向かって移動すると、手頃な価格の緑の水素がパズルの重要な部分として浮上しています。きれいな水素エネルギーを生成するために、科学者は水分割に変わりました。これは、電気を使用して水分子を2つの構成要素、水素と酸素に分割するプロセスです。
ただし、酸素進化反応（OER）と呼ばれるこの反応の酸素部分は困難で非効率的です。 OERは、科学者がイリジウムベースの触媒を使用している場合に最も効果的です。イリジウムはまれで高価であり、しばしばプラチナ採掘から副産物として得られます。金よりも価値があり、イリジウムはほぼコストがかかります 1オンスあたり5,000ドル。
「予想されるすべてのニーズを満たすのに十分なイリジウムが世界にありません」とサージェントは言いました。 「私たちが水を分割して代替形式のエネルギーを生成することを考えているので、純粋に供給の観点からイリジウムが十分ではありません。」
チップ上のナノ粒子軍
ミルキン、誰 メガリバリを紹介しました 2016年、サージェントで、イリジウムに取って代わる新しい候補者を見つけることが彼の革新的なツールに最適なアプリケーションであることを決定しました。材料の発見は伝統的に試行錯誤で満たされたゆっくりと困難な作業でしたが、科学者は猛烈な速度で最適な組成を特定することができます。
「各ヒントを小さなラボの小さな人と考えることができます」とミルキンは言いました。 「1人の小さな人に一度に1つの構造を作る代わりに、何百万人もの人々がいます。だから、基本的に、あなたはチップに展開されている研究者の完全な軍隊を持っています。」
勝利の触媒が現れます
最終的に、1つの組成が際立っていました。4つの金属すべて（RU52CO33MN9CR6酸化物）の正確な組み合わせです。マルチメタル触媒は、単一金属触媒よりもアクティブにする相乗効果を誘発することが知られています。
「私たちの触媒は、実際にはイリジウムよりも少し高い活動と優れた安定性を持っています」とミルキンは言いました。 「ルテニウムは安定していないことが多いため、それはまれです。しかし、組成の他の要素はルテニウムを安定させます。」
安定性とコストのメリットを証明します
長期テストでは、新しい触媒は、過酷な酸性環境で高効率と優れた安定性で1,000時間以上動作しました。また、イリジウムよりも劇的に安価であり、費用の約1.1分の1です。
「これを商業的に実行可能にするためにやるべきことがたくさんありますが、有望な触媒を非常に迅速に特定できることは非常にエキサイティングです。ラボスケールだけでなく、デバイスのために」とモントーヤは言いました。
水素を超えて：より大きな絵
大規模な高品質の材料データセットを生成することにより、巨大なアプローチは、人工知能（AI）を使用して機械学習を使用して次世代の新しい材料を設計するための基礎を置きます。北西部のスピンアウト会社であるノースウェスタン、トリ、マティクはすでに開発されています 機械学習アルゴリズム 記録的な速度で膨大なメガリバリをふるいにかけます。
ミルキンは、これが始まりに過ぎないと言います。 AIを使用すると、このアプローチは触媒を超えて、バッテリー、生物医学デバイス、高度な光学コンポーネントなど、ほぼすべての技術の材料発見に革命をもたらすことができます。
「私たちは、バッテリー、融合などのあらゆる種類の材料を探すつもりです」と彼は言いました。 「世界はそのニーズに最適な材料を使用していません。人々は、利用可能なツールを考えると、特定の時点で最高の材料を見つけました。問題は、これらの材料の周りに巨大なインフラストラクチャが構築されており、それらに固執していることです。
参照：「酸素進化反応のペースの加速メガリバリーによる触媒発見Xie、Steven B. Torrisi、Joseph H. Montoya、Gang Wu、Edward H. Sargent、Chad A. Mirkin、2025年8月19日、 Journal of the American Chemical Society。
doi：10.1021/jacs.5c08326
この研究は、トヨタ研究所、マッティク、および米陸軍戦闘能力開発能力開発コマンド陸軍研究所（賞番号w911nf-23-1-0285）の陸軍研究室によってサポートされました。この出版物は、バイオ産業の製造および設計エコシステム（Biomade）のサポートにより可能になりました。ここで表現されている内容は著者の内容であり、必ずしもバイオマードの見解を反映しているわけではありません。
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