Specielt designede iridium-nanostrukturer aflejret på mesoporøs tantaloxid forbedrer ledningsevne, katalytisk aktivitet og langsigtet stabilitet.
Billede: Forskere i Sydkorea og USA har udviklet en ny iridiumkatalysator med øget iltudviklingsreaktionsaktivitet for at muliggøre omkostningseffektiv elektrolyse af vand med en protonudvekslingsmembran for at producere brint. Læs mere
Verdens energibehov fortsætter med at vokse. Transportabel brintenergi rummer et stort potentiale i vores søgen efter rene og bæredygtige energiløsninger. I denne henseende har protonbytningsmembran-vandelektrolysører (PEMWE'er), som omdanner overskydende elektrisk energi til transportabel brintenergi gennem vandelektrolyse, tiltrukket sig stor interesse. Dens storskala anvendelse i brintproduktion er dog fortsat begrænset på grund af den langsomme iltudviklingsreaktion (OER), en vigtig komponent i elektrolyse, og den høje mængde af dyre metaloxidkatalysatorer såsom iridium (Ir) og rutheniumoxid i elektroderne er begrænset. Derfor er udviklingen af ​​omkostningseffektive og højtydende OER-katalysatorer nødvendig for den udbredte anvendelse af PEMWE.

For nylig udviklede et koreansk-amerikansk forskerhold ledet af professor Changho Park fra Gwangju Institute of Science and Technology i Sydkorea en ny iridium-nanostruktureret katalysator baseret på mesoporøs tantaloxid (Ta2O5) gennem en forbedret myresyrereduktionsmetode for at opnå effektiv elektrolyse af PEM-vand. Deres forskning blev offentliggjort online den 20. maj 2023 og vil blive offentliggjort i bind 575 af Journal of Power Sources den 15. august 2023. Undersøgelsen var medforfatter af Dr. Chaekyong Baik, en forsker ved Korea Institute of Science and Technology (KIST).
"Den elektronrige Ir-nanostruktur er ensartet dispergeret på et stabilt mesoporøst Ta2O5-substrat fremstillet ved hjælp af soft template-metoden kombineret med ethylendiamin-omgivelsesprocessen, hvilket effektivt reducerer Ir-indholdet i et enkelt PEMWE-batteri til 0,3 mg cm-2," forklarede professor Park. Det er vigtigt at bemærke, at det innovative design af Ir/Ta2O5-katalysatoren ikke kun forbedrer Ir-udnyttelsen, men også har højere ledningsevne og et større elektrokemisk aktivt overfladeareal.
Derudover afslører røntgenfotoelektron- og røntgenabsorptionsspektroskopi stærke metal-bærer-interaktioner mellem Ir og Ta, mens densitetsfunktionalteoriberegninger indikerer ladningsoverførsel fra Ta til Ir, hvilket forårsager stærk binding af adsorbater såsom O og OH, og opretholder Ir(III)-forholdet under OOP-oxidationsprocessen. Dette resulterer igen i øget aktivitet af Ir/Ta2O5, som har en lavere overspænding på 0,385 V sammenlignet med 0,48 V for IrO2.
Holdet demonstrerede også eksperimentelt katalysatorens høje OER-aktivitet, idet de observerede en overspænding på 288 ± 3,9 mV ved 10 mA cm-2 og en signifikant høj Ir-masseaktivitet på 876,1 ± 125,1 A g-1 ved 1,55 V til den tilsvarende værdi for Mr. Black. Faktisk udviser Ir/Ta2O5 fremragende OER-aktivitet og -stabilitet, hvilket yderligere blev bekræftet af mere end 120 timers enkeltcelledrift af membran-elektrode-enheden.
Den foreslåede metode har den dobbelte fordel, at den reducerer belastningsniveauet Ir og øger effektiviteten af ​​OER. "Den øgede effektivitet af OER supplerer omkostningseffektiviteten af ​​PEMWE-processen og forbedrer dermed dens samlede ydeevne. Denne præstation kan revolutionere kommercialiseringen af ​​PEMWE og fremskynde dens anvendelse som en mainstream brintproduktionsmetode," foreslår en optimistisk professor Park.

Samlet set bringer denne udvikling os tættere på at opnå bæredygtige brintenergitransportløsninger og dermed opnå CO2-neutral status.
Om Gwangju Institute of Science and Technology (GIST) Gwangju Institute of Science and Technology (GIST) er et forskningsuniversitet beliggende i Gwangju, Sydkorea. GIST blev grundlagt i 1993 og er blevet en af ​​de mest prestigefyldte skoler i Sydkorea. Universitetet er forpligtet til at skabe et stærkt forskningsmiljø, der fremmer udviklingen af ​​videnskab og teknologi og fremmer samarbejde mellem internationale og indenlandske forskningsprojekter. I tråd med mottoet "Stolt skaber af fremtidens videnskab og teknologi" er GIST konsekvent rangeret blandt de højest rangerede universiteter i Sydkorea.
Om forfatterne Dr. Changho Park har været professor ved Gwangju Institute of Science and Technology (GIST) siden august 2016. Før han kom til GIST, var han vicepræsident for Samsung SDI og modtog en kandidatgrad fra Samsung Electronics SAIT. Han modtog sine bachelor-, kandidat- og doktorgrader fra Institut for Kemi, Korea Institute of Science and Technology, i henholdsvis 1990, 1992 og 1995. Hans nuværende forskning fokuserer på udvikling af katalytiske materialer til membranelektrodesamlinger i brændselsceller og elektrolyse ved hjælp af nanostruktureret kulstof og blandede metaloxidbærere. Han har udgivet 126 videnskabelige artikler og modtaget 227 patenter inden for sit ekspertiseområde.
Dr. Chaekyong Baik er forsker ved Korea Institute of Science and Technology (KIST). Han er involveret i udviklingen af ​​PEMWE OER- og MEA-katalysatorer, med et aktuelt fokus på katalysatorer og anordninger til ammoniakoxidationsreaktioner. Før Chaekyung Baik kom til KIST i 2023, modtog han sin ph.d. i energiintegration fra Gwangju Institute of Science and Technology.
Den mesoporøse irid-nanostruktur understøttet af elektronrig Ta2O5 kan forbedre aktiviteten og stabiliteten af ​​iltudviklingsreaktionen.
Forfatterne erklærer, at de ikke har nogen kendte konkurrerende økonomiske interesser eller personlige forbindelser, der tilsyneladende kunne have påvirket det arbejde, der præsenteres i denne artikel.
Ansvarsfraskrivelse: AAAS og EurekAlert! er ikke ansvarlige for nøjagtigheden af ​​pressemeddelelser offentliggjort på EurekAlert! Enhver brug af oplysninger af en deltagende organisation eller gennem EurekAlert-systemet.

Hvis du ønsker yderligere oplysninger, så send mig venligst en e-mail.
E-mail:
info@pulisichem.cn
Tlf.:
+86-533-3149598