The search of alternatives to Pt-based catalysts for oxygen reduction reactions (ORRs) in both polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFCs) and Lithium-air batteries (Li-air) were conducted through the combinatorial high-throughput method and the selected non-Pt catalysts were synthesized and characterized. Transition metal-based materials are one of the most widely used heterogeneous catalysts in these systems because of their high activity in many important reactions. However, as the non-Pt based catalysts face issues of lower activity and stability compared to the Pt-based catalysts, various attempts in combination between these non-Pt elements have been studied to overcome issues regarding the commercialization of these devices. Synthesis of the optimized catalysts is however still challenging due to the boundless variations of possible combinations and compositions among the chemical elements. To remedy this issue, the combinatorial high-throughput technology, especially the combinatorial half-cell test and the optical screening, has been developed for efficient and simultaneous assessment of diverse catalyst libraries. Combinatorial optical screening of aprotic electrocatalysts has yet not been achieved primarily due to $H^+$ -associated mechanisms of fluorophore modulation. We have overcome this problem by using fluorophore metal-organic complexes.
고분자 전해질 막 연료전지 및 리튬 공기 전지에서의 산소환원 반응용 백금 계열 촉매의 대안 물질로써, 다양한 비 백금 계 촉매들을 합성하고 조합화학기법을 통하여 평가 하였다. 전이 금속 계 원소는 이러한 장치에서의 여러 중요한 반응에서 그들의 높은 활성 때문에 가장 널리 사용되는 불 균일 촉매이다. 비 백금 계 촉매는 백금 계 촉매에 비해 낮은 활성 및 안정성 문제를 가지고 있지만, 이러한 장치 의 상용화 에 관한 문제를 극복하기 위해 이들 소자 사이의 조합의 다양한 시도가 연구되어왔다. 최적의 촉매의 합성을 개발하기 위해 여러 화학 원소 중 가능한 조합 및 조성물의 무한한 변동을 고려해야 한다. 조합화학기법은 이러한 문제의 해결 및 다양한 촉매 라이브러리를 효율적으로 동시 평가를 하기 위하여 개발되었다. 이 후, 조합화학기법은 새로운 리튬 에어 배터리 양극에 사용될 최적 조성의 촉매를 찾기 위해 개발되었다. 지금까지 진행되어 온 optical screening 조합화학기법은 수계 시스템에서만 실험이 진행되었다. 이는 유기계 시스템에서는 $H^+$ 의 부재로 $H^+$ 형광 변조 메커니즘에 적용할 수 없기 때문에, 전극 촉매의 optical screening 조합화학기법은 아직 성공한 바가 없었다. 우리는 유기계 optical screening 조합화학기법에 적용 가능한 형광 유기 금속 착체를 사용하여 이 문제를 극복하였다.
