Specialdesignade iridium-nanostrukturer avsatta på mesoporös tantaloxid förbättrar konduktiviteten, katalytisk aktivitet och långsiktig stabilitet.
Bild: Forskare i Sydkorea och USA har utvecklat en ny iridiumkatalysator med ökad syreutvecklingsreaktionsaktivitet för att underlätta kostnadseffektiv elektrolys av vatten med ett protonutbytesmembran för att producera väte. Läs mer
Världens energibehov fortsätter att växa. Transporterbar vätgasenergi har stort potential i vårt sökande efter rena och hållbara energilösningar. I detta avseende har protonbytesmembranbaserade vattenelektrolysörer (PEMWE), som omvandlar överskottselektrisk energi till transporterbar vätgasenergi genom vattenelektrolys, väckt stort intresse. Dess storskaliga tillämpning inom vätgasproduktion är dock fortfarande begränsad på grund av den långsamma syreutvecklingsreaktionen (OER), en viktig komponent i elektrolys, och den höga halten av dyra metalloxidkatalysatorer som iridium (Ir) och ruteniumoxid i elektroderna är begränsad. Därför är utvecklingen av kostnadseffektiva och högpresterande OER-katalysatorer nödvändig för en utbredd tillämpning av PEMWE.

Nyligen utvecklade ett koreansk-amerikanskt forskarteam lett av professor Changho Park från Gwangju Institute of Science and Technology i Sydkorea en ny nanostrukturerad iridiumkatalysator baserad på mesoporös tantaloxid (Ta2O5) genom en förbättrad myrsyrareduktionsmetod för att uppnå effektiv elektrolys av PEM-vatten. Deras forskning publicerades online den 20 maj 2023 och kommer att publiceras i volym 575 av Journal of Power Sources den 15 augusti 2023. Studien var medförfattare av Dr. Chaekyong Baik, en forskare vid Korea Institute of Science and Technology (KIST).
”Den elektronrika Ir-nanostrukturen är jämnt dispergerad på ett stabilt mesoporöst Ta2O5-substrat framställt med mjukmallsmetoden i kombination med etylendiaminomgivningsprocessen, vilket effektivt minskar Ir-innehållet i ett enda PEMWE-batteri till 0,3 mg cm-2”, förklarade professor Park. Det är viktigt att notera att den innovativa designen av Ir/Ta2O5-katalysatorn inte bara förbättrar Ir-utnyttjandet, utan också har högre konduktivitet och en större elektrokemiskt aktiv yta.
Dessutom avslöjar röntgenfotoelektron- och röntgenabsorptionsspektroskopi starka metall-bärarinteraktioner mellan Ir och Ta, medan beräkningar med densitetsfunktionalteori indikerar laddningsöverföring från Ta till Ir, vilket orsakar stark bindning av adsorbater såsom O och OH, och bibehåller Ir(III)-förhållandet under OOP-oxidationsprocessen. Detta resulterar i sin tur i ökad aktivitet av Ir/Ta₂O₃, vilket har en lägre överspänning på 0,385 V jämfört med 0,48 V för IrO₂.
Teamet demonstrerade också experimentellt katalysatorns höga OER-aktivitet, och observerade en överspänning på 288 ± 3,9 mV vid 10 mA cm⁻² och en signifikant hög Ir-massaktivitet på 876,1 ± 125,1 A g⁻¹ vid 1,55 V till motsvarande värde för Mr. Black. Faktum är att Ir/Ta₂O₃ uppvisar utmärkt OER-aktivitet och stabilitet, vilket ytterligare bekräftades av mer än 120 timmars drift av membran-elektrod-enheten som en enda cell.
Den föreslagna metoden har den dubbla fördelen att den minskar belastningsnivån Ir och ökar effektiviteten hos OER. ”Den ökade effektiviteten hos OER kompletterar kostnadseffektiviteten hos PEMWE-processen och förbättrar därigenom dess totala prestanda. Denna prestation skulle kunna revolutionera kommersialiseringen av PEMWE och påskynda dess införande som en vanlig vätgasproduktionsmetod”, föreslår en optimistisk professor Park.

Sammantaget för denna utveckling oss närmare att uppnå hållbara lösningar för vätgasenergitransport och därmed uppnå koldioxidneutral status.
Om Gwangju Institute of Science and Technology (GIST) Gwangju Institute of Science and Technology (GIST) är ett forskningsuniversitet beläget i Gwangju, Sydkorea. GIST grundades 1993 och har blivit en av de mest prestigefyllda skolorna i Sydkorea. Universitetet strävar efter att skapa en stark forskningsmiljö som främjar utvecklingen av vetenskap och teknik och främjar samarbete mellan internationella och inhemska forskningsprojekt. GIST följer mottot "Stolt skapare av framtidens vetenskap och teknologi" och rankas konsekvent bland de topprankade universiteten i Sydkorea.
Om författarna Dr. Changho Park har varit professor vid Gwangju Institute of Science and Technology (GIST) sedan augusti 2016. Innan han började på GIST var han vice vd för Samsung SDI och tog en magisterexamen från Samsung Electronics SAIT. Han tog sina kandidat-, magister- och doktorsexamina från institutionen för kemi, Korea Institute of Science and Technology, åren 1990, 1992 respektive 1995. Hans nuvarande forskning fokuserar på utveckling av katalytiska material för membranelektrodaggregat i bränsleceller och elektrolys med hjälp av nanostrukturerat kol och blandade metalloxidbärare. Han har publicerat 126 vetenskapliga artiklar och erhållit 227 patent inom sitt expertområde.
Dr. Chaekyong Baik är forskare vid Korea Institute of Science and Technology (KIST). Han är involverad i utvecklingen av PEMWE OER- och MEA-katalysatorer, med för närvarande fokus på katalysatorer och anordningar för ammoniakoxidationsreaktioner. Innan Chaekyung Baik började på KIST 2023 doktorerade han i energiintegration vid Gwangju Institute of Science and Technology.
Den mesoporösa irid-nanostrukturen som stöds av elektronrik Ta₂O₂ kan förbättra aktiviteten och stabiliteten hos syreutvecklingsreaktionen.
Författarna försäkrar att de inte har några kända konkurrerande ekonomiska intressen eller personliga relationer som skulle ha kunnat påverka det arbete som presenteras i denna artikel.
Friskrivning: AAAS och EurekAlert! ansvarar inte för riktigheten i pressmeddelanden som publiceras på EurekAlert! All användning av information av en deltagande organisation eller genom EurekAlert-systemet.

Om du vill ha mer information, vänligen skicka mig ett e-postmeddelande.
E-post:
info@pulisichem.cn
Tel:
+86-533-3149598