Posebej zasnovane iridijeve nanostrukture, nanesene na mezoporozni tantalov oksid, izboljšajo prevodnost, katalitično aktivnost in dolgoročno stabilnost.
Slika: Raziskovalci v Južni Koreji in ZDA so razvili nov iridijev katalizator s povečano aktivnostjo sproščanja kisika, ki omogoča stroškovno učinkovito elektrolizo vode s protonsko izmenjalno membrano za proizvodnjo vodika. Več o tem
Svetovne potrebe po energiji še naprej naraščajo. Prenosljiva vodikova energija je zelo obetavna pri iskanju čistih in trajnostnih energetskih rešitev. V zvezi s tem so veliko zanimanja pritegnili protonsko-izmenjalni membranski elektrolizatorji vode (PEMWE), ki s pomočjo elektrolize vode pretvarjajo presežno električno energijo v prenosljivo vodikovo energijo. Vendar pa je njegova obsežna uporaba pri proizvodnji vodika še vedno omejena zaradi počasne hitrosti reakcije sproščanja kisika (OER), ki je pomembna komponenta elektrolize, in visoke obremenitve elektrod z dragimi kovinsko-oksidnimi katalizatorji, kot sta iridij (Ir) in rutenijev oksid. Zato je za široko uporabo PEMWE potreben razvoj stroškovno učinkovitih in visokozmogljivih katalizatorjev OER.

Nedavno je korejsko-ameriška raziskovalna skupina pod vodstvom profesorja Changhoja Parka z Inštituta za znanost in tehnologijo Gwangju v Južni Koreji razvila nov iridijev nanostrukturni katalizator na osnovi mezoporoznega tantalovega oksida (Ta2O5) z izboljšano metodo redukcije z mravljinčno kislino za doseganje učinkovite elektrolize vode PEM. Njihova raziskava je bila objavljena na spletu 20. maja 2023 in bo objavljena v 575. zvezku revije Journal of Power Sources 15. avgusta 2023. Soavtor študije je dr. Chaekyong Baik, raziskovalec na Korejskem inštitutu za znanost in tehnologijo (KIST).
»Nanostruktura Ir, bogata z elektroni, je enakomerno razpršena na stabilnem mezoporoznem substratu Ta2O5, pripravljenem z metodo mehke predloge v kombinaciji s postopkom obdajanja z etilendiaminom, kar učinkovito zmanjša vsebnost Ir v posamezni bateriji PEMWE na 0,3 mg cm-2,« je pojasnil profesor Park. Pomembno je omeniti, da inovativna zasnova katalizatorja Ir/Ta2O5 ne le izboljša izkoriščenost Ir, temveč ima tudi večjo prevodnost in večjo elektrokemično aktivno površino.
Poleg tega rentgenska fotoelektronska in rentgenska absorpcijska spektroskopija razkrivata močne interakcije med kovino in nosilcem med Ir in Ta, medtem ko izračuni teorije funkcionalne gostote kažejo na prenos naboja iz Ta v Ir, kar povzroči močno vezavo adsorbatov, kot sta O in OH, in ohranja razmerje Ir(III) med procesom oksidacije OOP. To posledično povzroči povečano aktivnost Ir/Ta2O5, ki ima nižjo prenapetost 0,385 V v primerjavi z 0,48 V za IrO2.
Ekipa je eksperimentalno dokazala tudi visoko aktivnost OER katalizatorja, pri čemer je opazila prenapetost 288 ± 3,9 mV pri 10 mA cm-2 in znatno visoko masno aktivnost Ir 876,1 ± 125,1 A g-1 pri 1,55 V do ustrezne vrednosti za g. Blacka. Pravzaprav Ir/Ta2O5 kaže odlično aktivnost in stabilnost OER, kar je bilo dodatno potrjeno z več kot 120 urami delovanja membransko-elektrodnega sklopa v eni celici.
Predlagana metoda ima dvojno prednost, saj zmanjšuje raven obremenitve Ir in povečuje učinkovitost OER. »Povečana učinkovitost OER dopolnjuje stroškovno učinkovitost postopka PEMWE in s tem izboljša njegovo splošno učinkovitost. Ta dosežek bi lahko revolucioniral komercializacijo PEMWE in pospešil njegovo sprejetje kot glavne metode proizvodnje vodika,« optimistično predlaga profesor Park.

Na splošno nas ta razvoj približuje doseganju trajnostnih rešitev za prevoz vodikove energije in s tem doseganju ogljično nevtralnega statusa.
O Inštitutu za znanost in tehnologijo Gwangju (GIST) Inštitut za znanost in tehnologijo Gwangju (GIST) je raziskovalna univerza s sedežem v Gwangjuju v Južni Koreji. GIST je bil ustanovljen leta 1993 in je postal ena najprestižnejših šol v Južni Koreji. Univerza je zavezana ustvarjanju močnega raziskovalnega okolja, ki spodbuja razvoj znanosti in tehnologije ter sodelovanje med mednarodnimi in domačimi raziskovalnimi projekti. GIST se v skladu z geslom »Ponosni oblikovalec znanosti in tehnologije prihodnosti« dosledno uvršča med najbolje uvrščene univerze v Južni Koreji.
O avtorjih Dr. Changho Park je profesor na Inštitutu za znanost in tehnologijo Gwangju (GIST) od avgusta 2016. Preden se je pridružil GIST-u, je bil podpredsednik podjetja Samsung SDI in magistriral na Samsung Electronics SAIT. Diplomiral je, magistriral in doktoriral je na Oddelku za kemijo Korejskega inštituta za znanost in tehnologijo leta 1990, 1992 oziroma 1995. Njegove trenutne raziskave se osredotočajo na razvoj katalitičnih materialov za membranske elektrodne sklope v gorivnih celicah in elektrolizo z uporabo nanostrukturiranih ogljikovih in mešanih kovinskih oksidnih nosilcev. Na svojem področju strokovnega znanja je objavil 126 znanstvenih člankov in prejel 227 patentov.
Dr. Chaekyong Baik je raziskovalec na Korejskem inštitutu za znanost in tehnologijo (KIST). Sodeluje pri razvoju katalizatorjev PEMWE OER in MEA, s trenutnim poudarkom na katalizatorjih in napravah za reakcije oksidacije amoniaka. Preden se je leta 2023 pridružil KIST-u, je Chaekyung Baik doktoriral iz energetske integracije na Inštitutu za znanost in tehnologijo Gwangju.
Mezoporozna iridna nanostruktura, podprta z elektroni bogatim Ta2O5, lahko poveča aktivnost in stabilnost reakcije sproščanja kisika.
Avtorji izjavljajo, da nimajo znanih nasprotujočih si finančnih interesov ali osebnih odnosov, ki bi lahko vplivali na delo, predstavljeno v tem članku.
Izjava o omejitvi odgovornosti: AAAS in EurekAlert! ne odgovarjata za točnost sporočil za javnost, objavljenih na EurekAlert! Kakršna koli uporaba informacij s strani sodelujoče organizacije ali prek sistema EurekAlert.

Če želite več informacij, mi prosim pošljite e-pošto.
E-pošta:
info@pulisichem.cn
Tel.：
+86-533-3149598