Špeciálne navrhnuté irídiové nanostruktúry nanesené na mezoporéznom oxide tantalu zvyšujú vodivosť, katalytickú aktivitu a dlhodobú stabilitu.
Obrázok: Výskumníci v Južnej Kórei a USA vyvinuli nový irídiový katalyzátor so zvýšenou aktivitou reakcie vývoja kyslíka, ktorý uľahčuje nákladovo efektívnu elektrolýzu vody s protónovou výmennou membránou na výrobu vodíka. Zistite viac
Svetové energetické potreby neustále rastú. Prenosná vodíková energia je veľkým prísľubom pri hľadaní čistých a udržateľných energetických riešení. V tomto ohľade vzbudzujú veľký záujem vodné elektrolyzéry s protónovou výmennou membránou (PEMWE), ktoré premieňajú prebytočnú elektrickú energiu na prenosnú vodíkovú energiu prostredníctvom elektrolýzy vody. Jeho rozsiahle využitie pri výrobe vodíka však zostáva obmedzené kvôli pomalej rýchlosti reakcie vývoja kyslíka (OER), ktorá je dôležitou súčasťou elektrolýzy, a vysokému zaťaženiu elektród drahými katalyzátormi na báze oxidov kovov, ako je irídium (Ir) a oxid ruténia. Preto je pre široké využitie PEMWE nevyhnutný vývoj nákladovo efektívnych a vysoko výkonných katalyzátorov OER.

Kórejsko-americký výskumný tím pod vedením profesora Changho Parka z Gwangju Institute of Science and Technology v Južnej Kórei nedávno vyvinul nový irídiový nanostruktúrovaný katalyzátor na báze mezoporézneho oxidu tantalu (Ta2O5) pomocou vylepšenej metódy redukcie kyselinou mravčou na dosiahnutie účinnej elektrolýzy vody PEM. Ich výskum bol publikovaný online 20. mája 2023 a bude publikovaný v zväzku 575 časopisu Journal of Power Sources 15. augusta 2023. Spoluautorom štúdie je Dr. Chaekyong Baik, výskumník z Kórejského inštitútu vedy a techniky (KIST).
„Nanostruktúra Ir bohatá na elektróny je rovnomerne dispergovaná na stabilnom mezoporéznom substráte Ta2O5 pripravenom metódou mäkkej templátovej vrstvy v kombinácii s procesom obklopovania etyléndiamínom, čo účinne znižuje obsah Ir v jednej batérii PEMWE na 0,3 mg cm-2,“ vysvetlil profesor Park. Je dôležité poznamenať, že inovatívny dizajn katalyzátora Ir/Ta2O5 nielen zlepšuje využitie Ir, ale má aj vyššiu vodivosť a väčší elektrochemicky aktívny povrch.
Okrem toho, röntgenová fotoelektrónová a röntgenová absorpčná spektroskopia odhaľujú silné interakcie medzi kovom a nosičom medzi Ir a Ta, zatiaľ čo výpočty teórie funkcionálu hustoty naznačujú prenos náboja z Ta na Ir, čo spôsobuje silnú väzbu adsorbátov, ako sú O a OH, a udržiava pomer Ir(III) počas procesu oxidácie OOP. To následne vedie k zvýšenej aktivite Ir/Ta2O5, ktorý má nižšie prepätie 0,385 V v porovnaní s 0,48 V pre IrO2.
Tím tiež experimentálne preukázal vysokú OER aktivitu katalyzátora, pričom pozoroval prepätie 288 ± 3,9 mV pri 10 mA cm-2 a výrazne vysokú hmotnostnú aktivitu Ir 876,1 ± 125,1 A g-1 pri 1,55 V na zodpovedajúcu hodnotu pre pána Blacka. Ir/Ta2O5 v skutočnosti vykazuje vynikajúcu OER aktivitu a stabilitu, čo bolo ďalej potvrdené viac ako 120 hodinami prevádzky zostavy membrány a elektródy v jednom článku.
Navrhovaná metóda má dvojakú výhodu v znížení úrovne zaťaženia Ir a zvýšení účinnosti OER. „Zvýšená účinnosť OER dopĺňa nákladovú efektívnosť procesu PEMWE, čím zlepšuje jeho celkový výkon. Tento úspech by mohol spôsobiť revolúciu v komercializácii PEMWE a urýchliť jeho prijatie ako bežnej metódy výroby vodíka,“ naznačuje optimistický profesor Park.

Celkovo nás tento vývoj približuje k dosiahnutiu udržateľných riešení prepravy vodíkovej energie, a tým k dosiahnutiu uhlíkovo neutrálneho stavu.
O Gwangju Institute of Science and Technology (GIST) Gwangju Institute of Science and Technology (GIST) je výskumná univerzita so sídlom v Gwangju v Južnej Kórei. GIST bol založený v roku 1993 a stal sa jednou z najprestížnejších škôl v Južnej Kórei. Univerzita sa zaviazala vytvárať silné výskumné prostredie, ktoré podporuje rozvoj vedy a techniky a presadzuje spoluprácu medzi medzinárodnými a domácimi výskumnými projektmi. V súlade s mottom „Hrdý tvorca vedy a techniky budúcnosti“ sa GIST neustále umiestňuje medzi najlepšími univerzitami v Južnej Kórei.
O autoroch Dr. Changho Park je profesorom na Gwangju Institute of Science and Technology (GIST) od augusta 2016. Pred nástupom do GIST pôsobil ako viceprezident spoločnosti Samsung SDI a získal magisterský titul na Samsung Electronics SAIT. Bakalársky, magisterský a doktorský titul získal na Katedre chémie Kórejského inštitútu vedy a techniky v rokoch 1990, 1992 a 1995. Jeho súčasný výskum sa zameriava na vývoj katalytických materiálov pre zostavy membránových elektród v palivových článkoch a elektrolýzu s použitím nanostruktúrovaných nosičov z uhlíka a zmesových oxidov kovov. Publikoval 126 vedeckých prác a získal 227 patentov vo svojej oblasti odbornosti.
Dr. Chaekyong Baik je výskumník v Kórejskom inštitúte vedy a techniky (KIST). Podieľa sa na vývoji katalyzátorov PEMWE OER a MEA, pričom sa v súčasnosti zameriava na katalyzátory a zariadenia pre reakcie oxidácie amoniaku. Pred nástupom do KIST v roku 2023 získal Chaekyung Baik doktorát z energetickej integrácie na Inštitúte vedy a techniky v Gwangju.
Mezoporézna iridová nanostruktúra podopretá Ta2O5 bohatým na elektróny môže zvýšiť aktivitu a stabilitu reakcie vývoja kyslíka.
Autori vyhlasujú, že nemajú žiadne známe konkurenčné finančné záujmy ani osobné vzťahy, ktoré by mohli ovplyvniť prácu prezentovanú v tomto článku.
Vyhlásenie: AAAS a EurekAlert! nezodpovedajú za presnosť tlačových správ uverejnených na EurekAlert! Akékoľvek použitie informácií zúčastnenou organizáciou alebo prostredníctvom systému EurekAlert.

Ak by ste chceli viac informácií, pošlite mi e-mail.
E-mail：
info@pulisichem.cn
Tel.：
+86-533-3149598