Специално разработени иридиеви наноструктури, отложени върху мезопорест танталов оксид, подобряват проводимостта, каталитичната активност и дългосрочната стабилност.
Изображение: Изследователи в Южна Корея и САЩ са разработили нов иридиев катализатор с повишена реакционна активност за отделяне на кислород, за да улеснят рентабилната електролиза на вода с протоннообменна мембрана за производство на водород. Научете повече
Световните енергийни нужди продължават да нарастват. Транспортируемата водородна енергия е многообещаваща в търсенето ни на чисти и устойчиви енергийни решения. В тази връзка, електролизаторите за вода с протоннообменна мембрана (PEMWE), които преобразуват излишната електрическа енергия в транспортируема водородна енергия чрез електролиза на водата, са привлекли голям интерес. Въпреки това, мащабното им приложение в производството на водород остава ограничено поради бавната скорост на реакцията на отделяне на кислород (OER), важен компонент на електролизата, и високото натоварване на скъпи метални оксидни катализатори като иридий (Ir) и рутениев оксид в електродите е ограничено. Следователно, разработването на рентабилни и високоефективни OER катализатори е необходимо за широкото приложение на PEMWE.

Наскоро корейско-американски изследователски екип, ръководен от професор Чанхо Парк от Института за наука и технологии Гуанджу в Южна Корея, разработи нов иридиев наноструктуриран катализатор на базата на мезопорест танталов оксид (Ta2O5) чрез подобрен метод за редукция с мравчена киселина, за да се постигне ефективна електролиза на PEM вода. Изследването им беше публикувано онлайн на 20 май 2023 г. и ще бъде публикувано в том 575 на Journal of Power Sources на 15 август 2023 г. Изследването е в съавторство с д-р Чекьонг Байк, изследовател в Корейския институт за наука и технологии (KIST).
„Богатата на електрони Ir наноструктура е равномерно диспергирана върху стабилен мезопорест Ta2O5 субстрат, приготвен чрез метода на мекия шаблон, комбиниран с процеса на обграждане с етилендиамин, което ефективно намалява съдържанието на Ir в една PEMWE батерия до 0,3 mg cm-2“, обясни професор Парк. Важно е да се отбележи, че иновативният дизайн на Ir/Ta2O5 катализатора не само подобрява оползотворяването на Ir, но също така има по-висока проводимост и по-голяма електрохимично активна повърхност.
Освен това, рентгеновата фотоелектронна и рентгеновата абсорбционна спектроскопия разкриват силни взаимодействия метал-носител между Ir и Ta, докато изчисленията на теорията на функционала на плътността показват пренос на заряд от Ta към Ir, което причинява силно свързване на адсорбати като O и OH и поддържа съотношението Ir(III) по време на процеса на окисление на OOP. Това от своя страна води до повишена активност на Ir/Ta2O5, който има по-ниско пренапрежение от 0,385 V в сравнение с 0,48 V за IrO2.
Екипът също експериментално демонстрира високата OER активност на катализатора, наблюдавайки пренапрежение от 288 ± 3,9 mV при 10 mA cm-2 и значително висока масова активност на Ir от 876,1 ± 125,1 A g-1 при 1,55 V до съответната стойност за г-н Блек. Всъщност, Ir/Ta2O5 показва отлична OER активност и стабилност, което беше допълнително потвърдено от повече от 120 часа работа на мембранно-електродния възел в единична клетка.
Предложеният метод има двойното предимство да намали нивото на натоварване Ir и да увеличи ефективността на OER. „Повишената ефективност на OER допълва рентабилността на процеса PEMWE, като по този начин подобрява цялостната му производителност. Това постижение би могло да революционизира комерсиализацията на PEMWE и да ускори приемането му като основен метод за производство на водород“, предполага оптимистично настроеният професор Парк.

Като цяло, това развитие ни доближава до постигането на устойчиви решения за транспорт на водородна енергия и по този начин до постигане на въглеродно неутрален статус.
Относно Института за наука и технологии Гуанджу (GIST) Институтът за наука и технологии Гуанджу (GIST) е изследователски университет, разположен в Гуанджу, Южна Корея. GIST е основан през 1993 г. и се е превърнал в едно от най-престижните училища в Южна Корея. Университетът е ангажиран със създаването на силна изследователска среда, която насърчава развитието на науката и технологиите и насърчава сътрудничеството между международни и местни изследователски проекти. Придържайки се към мотото „Горд създател на науката и технологиите на бъдещето“, GIST е постоянно класиран сред най-високо класираните университети в Южна Корея.
За авторите Д-р Чанхо Парк е професор в Института за наука и технологии Гуанджу (GIST) от август 2016 г. Преди да се присъедини към GIST, той е бил вицепрезидент на Samsung SDI и е получил магистърска степен от Samsung Electronics SAIT. Получава бакалавърска, магистърска и докторска степен от Катедрата по химия на Корейския институт за наука и технологии съответно през 1990, 1992 и 1995 г. Настоящите му изследвания са фокусирани върху разработването на каталитични материали за мембранни електродни сглобки в горивни клетки и електролиза, използвайки наноструктурирани въглеродни и смесени метални оксидни носители. Той е публикувал 126 научни статии и е получил 227 патента в своята област на експертиза.
Д-р Чекьонг Баик е изследовател в Корейския институт за наука и технологии (KIST). Той участва в разработването на катализатори PEMWE OER и MEA, с настоящ фокус върху катализатори и устройства за реакции на окисление на амоняк. Преди да се присъедини към KIST през 2023 г., Чекьонг Баик получава докторска степен по енергийна интеграция от Института за наука и технологии Гуанджу.
Мезопорестата иридна наноструктура, поддържана от богат на електрони Ta2O5, може да повиши активността и стабилността на реакцията на отделяне на кислород.
Авторите декларират, че нямат известни конкуриращи се финансови интереси или лични взаимоотношения, които биха могли да повлияят на работата, представена в тази статия.
Отказ от отговорност: AAAS и EurekAlert! не носят отговорност за точността на прессъобщенията, публикувани в EurekAlert! Всяко използване на информация от участваща организация или чрез системата EurekAlert.

Ако желаете повече информация, моля, изпратете ми имейл.
Имейл：
info@pulisichem.cn
Тел.：
+86-533-3149598