Spesialdesignede iridium-nanostrukturer avsatt på mesoporøst tantaloksid forbedrer konduktivitet, katalytisk aktivitet og langsiktig stabilitet.
Bilde: Forskere i Sør-Korea og USA har utviklet en ny iridiumkatalysator med økt oksygenutviklingsreaksjonsaktivitet for å legge til rette for kostnadseffektiv elektrolyse av vann med en protonutvekslingsmembran for å produsere hydrogen. Lær mer
Verdens energibehov fortsetter å vokse. Transportabel hydrogenenergi har stort potensial i vår søken etter rene og bærekraftige energiløsninger. I denne forbindelse har protonbyttemembran-vannelektrolysører (PEMWE-er), som omdanner overflødig elektrisk energi til transportabel hydrogenenergi gjennom vannelektrolyse, vakt stor interesse. Imidlertid er storskala anvendelse i hydrogenproduksjon fortsatt begrenset på grunn av den lave hastigheten på oksygenutviklingsreaksjonen (OER), en viktig komponent i elektrolyse, og den høye mengden av dyre metalloksidkatalysatorer som iridium (Ir) og ruteniumoksid i elektrodene er begrenset. Derfor er utviklingen av kostnadseffektive og høyytelses OER-katalysatorer nødvendig for den utbredte anvendelsen av PEMWE.

Nylig utviklet et koreansk-amerikansk forskerteam ledet av professor Changho Park fra Gwangju Institute of Science and Technology i Sør-Korea en ny iridium-nanostrukturert katalysator basert på mesoporøst tantaloksid (Ta2O5) gjennom en forbedret maursyrereduksjonsmetode for å oppnå effektiv elektrolyse av PEM-vann. Forskningen deres ble publisert på nett 20. mai 2023, og vil bli publisert i bind 575 av Journal of Power Sources 15. august 2023. Studien ble medforfattet av Dr. Chaekyong Baik, en forsker ved Korea Institute of Science and Technology (KIST).
«Den elektronrike Ir-nanostrukturen er jevnt dispergert på et stabilt mesoporøst Ta₂O₂-substrat fremstilt ved hjelp av mykmalmetoden kombinert med etylendiamin-omgivelsesprosessen, som effektivt reduserer Ir-innholdet i et enkelt PEMWE-batteri til 0,3 mg cm⁻²», forklarte professor Park. Det er viktig å merke seg at den innovative utformingen av Ir/Ta₂O₂-katalysatoren ikke bare forbedrer Ir-utnyttelsen, men også har høyere konduktivitet og et større elektrokjemisk aktivt overflateareal.
I tillegg avslører røntgenfotoelektron- og røntgenabsorpsjonsspektroskopi sterke metall-bærer-interaksjoner mellom Ir og Ta, mens tetthetsfunksjonalteoriberegninger indikerer ladningsoverføring fra Ta til Ir, noe som forårsaker sterk binding av adsorbater som O og OH, og opprettholder Ir(III)-forholdet under OOP-oksidasjonsprosessen. Dette resulterer igjen i økt aktivitet av Ir/Ta₂O₂, som har en lavere overspenning på 0,385 V sammenlignet med 0,48 V for IrO₂.
Teamet demonstrerte også eksperimentelt den høye OER-aktiviteten til katalysatoren, og observerte en overspenning på 288 ± 3,9 mV ved 10 mA cm⁻² og en betydelig høy Ir-masseaktivitet på 876,1 ± 125,1 A g⁻¹ ved 1,55 V til den tilsvarende verdien for Mr. Black. Faktisk viser Ir/Ta₂O₂ utmerket OER-aktivitet og -stabilitet, noe som ble ytterligere bekreftet av mer enn 120 timer med enkeltcelledrift av membran-elektrode-enheten.
Den foreslåtte metoden har den doble fordelen at den reduserer belastningsnivået Ir og øker effektiviteten til OER. «Den økte effektiviteten til OER utfyller kostnadseffektiviteten til PEMWE-prosessen, og forbedrer dermed den generelle ytelsen. Denne bragden kan revolusjonere kommersialiseringen av PEMWE og akselerere adopsjonen som en vanlig hydrogenproduksjonsmetode», antyder en optimistisk professor Park.

Samlet sett bringer denne utviklingen oss nærmere å oppnå bærekraftige løsninger for hydrogenenergitransport og dermed oppnå karbonnøytral status.
Om Gwangju Institute of Science and Technology (GIST) Gwangju Institute of Science and Technology (GIST) er et forskningsuniversitet som ligger i Gwangju i Sør-Korea. GIST ble grunnlagt i 1993 og har blitt en av de mest prestisjefylte skolene i Sør-Korea. Universitetet er forpliktet til å skape et sterkt forskningsmiljø som fremmer utviklingen av vitenskap og teknologi og fremmer samarbeid mellom internasjonale og nasjonale forskningsprosjekter. GIST følger mottoet «Stolt skaper av fremtidens vitenskap og teknologi» og er konsekvent rangert blant de topprangerte universitetene i Sør-Korea.
Om forfatterne Dr. Changho Park har vært professor ved Gwangju Institute of Science and Technology (GIST) siden august 2016. Før han begynte i GIST, var han visepresident i Samsung SDI og tok en mastergrad fra Samsung Electronics SAIT. Han tok bachelor-, master- og doktorgrad fra Institutt for kjemi, Korea Institute of Science and Technology, i henholdsvis 1990, 1992 og 1995. Hans nåværende forskning fokuserer på utvikling av katalytiske materialer for membranelektrodeenheter i brenselceller og elektrolyse ved bruk av nanostrukturert karbon og blandede metalloksidbærere. Han har publisert 126 vitenskapelige artikler og mottatt 227 patenter innen sitt kompetansefelt.
Dr. Chaekyong Baik er forsker ved Korea Institute of Science and Technology (KIST). Han er involvert i utviklingen av PEMWE OER- og MEA-katalysatorer, med for tiden fokus på katalysatorer og enheter for ammoniakkoksidasjonsreaksjoner. Før han begynte i KIST i 2023, tok Chaekyung Baik sin doktorgrad i energiintegrasjon fra Gwangju Institute of Science and Technology.
Den mesoporøse irid-nanostrukturen støttet av elektronrik Ta₂O₂ kan forbedre aktiviteten og stabiliteten til oksygenutviklingsreaksjonen.
Forfatterne erklærer at de ikke har noen kjente konkurrerende økonomiske interesser eller personlige forhold som tilsynelatende kunne ha påvirket arbeidet som presenteres i denne artikkelen.
Ansvarsfraskrivelse: AAAS og EurekAlert! er ikke ansvarlige for nøyaktigheten av pressemeldinger publisert på EurekAlert! All bruk av informasjon av en deltakende organisasjon eller gjennom EurekAlert-systemet.

Hvis du ønsker mer informasjon, kan du sende meg en e-post.
E-post:
info@pulisichem.cn
Tlf.:
+86-533-3149598