Спеціально розроблені наноструктури іридію, нанесені на мезопористий оксид танталу, підвищують провідність, каталітичну активність та довготривалу стабільність.
Зображення: Дослідники з Південної Кореї та США розробили новий іридієвий каталізатор зі збільшеною активністю реакції виділення кисню, щоб полегшити економічно ефективний електроліз води за допомогою протонної обмінної мембрани для отримання водню. Дізнатися більше
Світові енергетичні потреби продовжують зростати. Транспортабельна воднева енергія є дуже перспективною в нашому пошуку чистих та стійких енергетичних рішень. У зв'язку з цим, електролізери води з протонно-обмінною мембраною (PEMWE), які перетворюють надлишкову електричну енергію на транспортабельну водневу енергію шляхом електролізу води, викликали значний інтерес. Однак їх широкомасштабне застосування у виробництві водню залишається обмеженим через низьку швидкість реакції виділення кисню (OER), важливого компонента електролізу, а також високе завантаження дорогих каталізаторів на основі оксидів металів, таких як іридій (Ir) та оксид рутенію, в електроди. Тому розробка економічно ефективних та високопродуктивних каталізаторів OER є необхідною для широкого застосування PEMWE.

Нещодавно корейсько-американська дослідницька група під керівництвом професора Чанхо Пака з Кванджуського інституту науки і технологій у Південній Кореї розробила новий іридієвий наноструктурований каталізатор на основі мезопористого оксиду танталу (Ta2O5) за допомогою вдосконаленого методу відновлення мурашиною кислотою для досягнення ефективного електролізу води, отриманої методом PEM. Їхнє дослідження було опубліковано онлайн 20 травня 2023 року та буде опубліковано в 575 томі журналу «Джерела живлення» 15 серпня 2023 року. Співавтором дослідження є доктор Чекьонг Байк, дослідник Корейського інституту науки і технологій (KIST).
«Наноструктура Ir, багата на електрони, рівномірно розподілена на стабільній мезопористій підкладці Ta2O5, підготовленій методом м’якого шаблону в поєднанні з процесом оточення етилендіаміном, що ефективно знижує вміст Ir в одній батареї PEMWE до 0,3 мг см-2», – пояснив професор Парк. Важливо зазначити, що інноваційна конструкція каталізатора Ir/Ta2O5 не тільки покращує використання Ir, але й має вищу провідність та більшу електрохімічно активну площу поверхні.
Крім того, рентгенівська фотоелектронна та рентгенівська абсорбційна спектроскопія виявляють сильні взаємодії метал-носій між Ir та Ta, тоді як розрахунки за теорією функціоналу густини вказують на перенесення заряду від Ta до Ir, що викликає сильне зв'язування адсорбатів, таких як O та OH, та підтримує співвідношення Ir(III) під час процесу окислення OOP. Це, у свою чергу, призводить до підвищеної активності Ir/Ta2O5, який має нижчу перенапругу 0,385 В порівняно з 0,48 В для IrO2.
Команда також експериментально продемонструвала високу активність OER каталізатора, спостерігаючи перенапругу 288 ± 3,9 мВ при 10 мА см-2 та значно високу масову активність Ir 876,1 ± 125,1 А г-1 при 1,55 В до відповідного значення для пана Блека. Фактично, Ir/Ta2O5 демонструє чудову активність та стабільність OER, що було додатково підтверджено більш ніж 120 годинами роботи мембранно-електродного вузла в одному елементі.
Запропонований метод має подвійну перевагу: зниження рівня навантаження Ir та підвищення ефективності OER. «Підвищена ефективність OER доповнює економічну ефективність процесу PEMWE, тим самим покращуючи його загальну продуктивність. Це досягнення може революціонізувати комерціалізацію PEMWE та прискорити його впровадження як основного методу виробництва водню», – оптимістично налаштований професор Парк.

Загалом, цей розвиток наближає нас до досягнення стійких рішень для транспортування водневої енергії та, таким чином, до досягнення вуглецево-нейтрального статусу.
Про Кванджуйський інститут науки і технологій (GIST) Кванджуйський інститут науки і технологій (GIST) – це дослідницький університет, розташований у Кванджу, Південна Корея. GIST був заснований у 1993 році та став одним із найпрестижніших навчальних закладів Південної Кореї. Університет прагне створити міцне дослідницьке середовище, яке сприяє розвитку науки і технологій та сприяє співпраці між міжнародними та вітчизняними дослідницькими проектами. Дотримуючись девізу «Гордий формувач науки і технологій майбутнього», GIST постійно входить до числа найкращих університетів Південної Кореї.
Про авторів Доктор Чанхо Парк є професором Кванджуського інституту науки і технологій (GIST) з серпня 2016 року. До приходу в GIST він обіймав посаду віце-президента Samsung SDI та отримав ступінь магістра в Samsung Electronics SAIT. Він отримав ступені бакалавра, магістра та доктора на кафедрі хімії Корейського інституту науки і технологій у 1990, 1992 та 1995 роках відповідно. Його поточні дослідження зосереджені на розробці каталітичних матеріалів для мембранних електродних вузлів у паливних елементах та електролізі з використанням наноструктурованих вуглецевих та змішаних носіїв із оксидів металів. Він опублікував 126 наукових статей та отримав 227 патентів у своїй галузі знань.
Доктор Чекьонг Байк — дослідник Корейського інституту науки і технологій (KIST). Він бере участь у розробці каталізаторів PEMWE OER та MEA, зосереджуючись на каталізаторах та пристроях для реакцій окислення аміаку. До приходу в KIST у 2023 році Чекьонг Байк отримав ступінь доктора філософії з енергетичної інтеграції в Кванджуському інституті науки і технологій.
Мезопориста іридна наноструктура, що підтримується багатим на електрони Ta2O5, може підвищити активність та стабільність реакції виділення кисню.
Автори заявляють, що їм невідомі жодні конкуруючі фінансові інтереси чи особисті зв'язки, які могли б вплинути на роботу, представлену в цій статті.
Застереження: AAAS та EurekAlert! не несуть відповідальності за точність прес-релізів, опублікованих на EurekAlert! Будь-яке використання інформації організацією-учасницею або через систему EurekAlert.

Якщо ви хочете отримати більше інформації, будь ласка, надішліть мені електронного листа.
Електронна пошта：
info@pulisichem.cn
Тел.：
+86-533-3149598