Specijalno dizajnirane iridijumske nanostrukture nanesene na mezoporozni tantal oksid poboljšavaju provodljivost, katalitičku aktivnost i dugoročnu stabilnost.
Slika: Istraživači u Južnoj Koreji i SAD-u razvili su novi iridijumski katalizator sa povećanom aktivnošću reakcije izdvajanja kisika kako bi olakšali isplativu elektrolizu vode s membranom za izmjenu protona za proizvodnju vodika. Saznajte više
Svjetske energetske potrebe nastavljaju rasti. Prenosiva energija vodika predstavlja veliko obećanje u našoj potrazi za čistim i održivim energetskim rješenjima. U tom smislu, elektrolizatori vode s membranom za protonsku izmjenu (PEMWE), koji pretvaraju višak električne energije u prenosivu energiju vodika putem elektrolize vode, privukli su veliko zanimanje. Međutim, njihova primjena u proizvodnji vodika u velikim razmjerima ostaje ograničena zbog spore brzine reakcije izdvajanja kisika (OER), važne komponente elektrolize, a veliko opterećenje elektroda skupim metalnim oksidnim katalizatorima poput iridija (Ir) i rutenijum oksida je ograničeno. Stoga je za široku primjenu PEMWE-a neophodan razvoj isplativih i visokoučinkovitih OER katalizatora.

Nedavno je korejsko-američki istraživački tim, predvođen profesorom Changho Parkom iz Instituta za nauku i tehnologiju Gwangju u Južnoj Koreji, razvio novi iridijumski nanostrukturni katalizator na bazi mezoporoznog tantal oksida (Ta2O5) putem poboljšane metode redukcije mravlje kiseline kako bi se postigla efikasna elektroliza PEM vode. Njihovo istraživanje objavljeno je online 20. maja 2023. godine, a bit će objavljeno u 575. tomu časopisa Journal of Power Sources 15. augusta 2023. godine. Koautor studije je dr. Chaekyong Baik, istraživač na Korejskom institutu za nauku i tehnologiju (KIST).
„Nanostruktura Ir bogata elektronima je ravnomjerno dispergirana na stabilnoj mezoporoznoj Ta2O5 podlozi pripremljenoj metodom mekog šablona u kombinaciji s postupkom okruživanja etilendiaminom, što efektivno smanjuje sadržaj Ir u jednoj PEMWE bateriji na 0,3 mg cm-2“, objasnio je profesor Park. Važno je napomenuti da inovativni dizajn Ir/Ta2O5 katalizatora ne samo da poboljšava iskorištenost Ir, već ima i veću provodljivost i veću elektrohemijski aktivnu površinu.
Pored toga, rendgenska fotoelektronska i rendgenska apsorpciona spektroskopija otkrivaju jake interakcije metala i nosača između Ir i Ta, dok proračuni teorije funkcionalne gustine ukazuju na prenos naboja sa Ta na Ir, što uzrokuje jako vezivanje adsorbata kao što su O i OH, i održava odnos Ir(III) tokom procesa oksidacije OOP. To zauzvrat rezultira povećanom aktivnošću Ir/Ta2O5, koji ima niži prenapon od 0,385 V u poređenju sa 0,48 V za IrO2.
Tim je također eksperimentalno demonstrirao visoku OER aktivnost katalizatora, uočavajući prenapon od 288 ± 3,9 mV pri 10 mA cm-2 i značajno visoku masenu aktivnost Ir od 876,1 ± 125,1 A g-1 pri 1,55 V do odgovarajuće vrijednosti za gospodina Blacka. U stvari, Ir/Ta2O5 pokazuje odličnu OER aktivnost i stabilnost, što je dodatno potvrđeno s više od 120 sati rada jedne ćelije sklopa membrana-elektroda.
Predložena metoda ima dvostruku prednost smanjenja nivoa opterećenja Ir i povećanja efikasnosti OER-a. „Povećana efikasnost OER-a dopunjuje isplativost PEMWE procesa, čime se poboljšavaju njegove ukupne performanse. Ovo dostignuće bi moglo revolucionirati komercijalizaciju PEMWE-a i ubrzati njegovo usvajanje kao glavne metode proizvodnje vodonika“, sugerira optimistični profesor Park.

Sveukupno, ovaj razvoj nas približava postizanju održivih rješenja za transport energije iz vodonika i time postizanju statusa ugljične neutralnosti.
O Gwangju institutu za nauku i tehnologiju (GIST) Gwangju institut za nauku i tehnologiju (GIST) je istraživački univerzitet koji se nalazi u Gwangjuu, Južna Koreja. GIST je osnovan 1993. godine i postao je jedna od najprestižnijih škola u Južnoj Koreji. Univerzitet je posvećen stvaranju snažnog istraživačkog okruženja koje promovira razvoj nauke i tehnologije i promovira saradnju između međunarodnih i domaćih istraživačkih projekata. Držeći se mota „Ponosni oblikovatelj nauke i tehnologije budućnosti“, GIST se konstantno rangira među najbolje rangiranim univerzitetima u Južnoj Koreji.
O autorima Dr. Changho Park je profesor na Institutu za nauku i tehnologiju Gwangju (GIST) od augusta 2016. godine. Prije nego što se pridružio GIST-u, obavljao je funkciju potpredsjednika Samsung SDI-ja i magistrirao na Samsung Electronics SAIT-u. Diplomu prvog, drugog i drugog stepena doktora stekao je na Odsjeku za hemiju Korejskog instituta za nauku i tehnologiju 1990., 1992. i 1995. godine. Njegovo trenutno istraživanje fokusirano je na razvoj katalitičkih materijala za sklopove membranskih elektroda u gorivnim ćelijama i elektrolizu korištenjem nanostrukturiranih nosača od ugljika i miješanih metalnih oksida. Objavio je 126 naučnih radova i primio 227 patenata u svojoj oblasti stručnosti.
Dr. Chaekyong Baik je istraživač na Korejskom institutu za nauku i tehnologiju (KIST). Uključen je u razvoj PEMWE OER i MEA katalizatora, s trenutnim fokusom na katalizatore i uređaje za reakcije oksidacije amonijaka. Prije nego što se pridružio KIST-u 2023. godine, Chaekyung Baik je doktorirao iz energetske integracije na Gwangju institutu za nauku i tehnologiju.
Mezoporozna iridna nanostruktura podržana elektronima bogatim Ta2O5 može poboljšati aktivnost i stabilnost reakcije izdvajanja kisika.
Autori izjavljuju da nemaju poznatih konkurentskih finansijskih interesa ili ličnih odnosa koji bi mogli utjecati na rad predstavljen u ovom članku.
Odricanje odgovornosti: AAAS i EurekAlert! nisu odgovorni za tačnost saopštenja za javnost objavljenih na EurekAlertu! Bilo kakva upotreba informacija od strane organizacije učesnice ili putem EurekAlert sistema.

Ako želite više informacija, molim vas, pošaljite mi e-mail.
E-pošta：
info@pulisichem.cn
Tel.：
+86-533-3149598