A mezopórusos tantál-oxidra lerakódott speciálisan tervezett irídium nanostruktúrák fokozzák a vezetőképességet, a katalitikus aktivitást és a hosszú távú stabilitást.
Kép: Dél-koreai és amerikai kutatók kifejlesztettek egy új, fokozott oxigénfejlődési reakcióaktivitással rendelkező irídiumkatalizátort, amely lehetővé teszi a víz költséghatékony elektrolízisét protoncserélő membránnal hidrogén előállításához. Tudjon meg többet
A világ energiaigénye folyamatosan növekszik. A szállítható hidrogénenergia nagy ígéretet jelent a tiszta és fenntartható energiamegoldások keresésében. E tekintetben nagy érdeklődésre tartanak számot a protoncserélő membrános vízelektrolizálók (PEMWE), amelyek a felesleges elektromos energiát vízelektrolízissel szállítható hidrogénenergiává alakítják. Nagyméretű alkalmazása a hidrogéntermelésben azonban továbbra is korlátozott az elektrolízis fontos összetevőjét képező oxigénfejlődési reakció (OER) lassú sebessége, valamint a drága fém-oxid katalizátorok, például az irídium (Ir) és a ruténium-oxid elektródákba történő nagy mennyiségű töltése miatt. Ezért a PEMWE széles körű alkalmazásához költséghatékony és nagy teljesítményű OER katalizátorok fejlesztése szükséges.

Nemrégiben egy dél-koreai Gwangju Tudományos és Technológiai Intézet Changho Park professzorának vezetésével egy koreai-amerikai kutatócsoport egy új, irídium nanoszerkezetű katalizátort fejlesztett ki mezopórusos tantál-oxid (Ta2O5) alapú, továbbfejlesztett hangyasavas redukciós módszerrel, amely hatékony elektrolízist tesz lehetővé a PEM víz előállításában. Kutatásukat 2023. május 20-án tették közzé online, és a Journal of Power Sources 575. kötetében 2023. augusztus 15-én fogják publikálni. A tanulmány társszerzője Dr. Chaekyong Baik, a Koreai Tudományos és Technológiai Intézet (KIST) kutatója volt.
„Az elektronban gazdag Ir nanoszerkezet egyenletesen diszpergálódik egy stabil mezopórusos Ta2O5 hordozón, amelyet lágy templát módszerrel és etilén-diamin körüli eljárással állítanak elő, ami hatékonyan csökkenti egyetlen PEMWE akkumulátor Ir-tartalmát 0,3 mg cm-2-re” – magyarázta Park professzor. Fontos megjegyezni, hogy az Ir/Ta2O5 katalizátor innovatív kialakítása nemcsak az Ir hasznosítását javítja, hanem nagyobb vezetőképességgel és nagyobb elektrokémiailag aktív felülettel is rendelkezik.
Ezenkívül a röntgen-fotoelektron és a röntgen-abszorpciós spektroszkópia erős fém-hordozó kölcsönhatásokat mutat ki az Ir és a Ta között, míg a sűrűségfunkcionál-elméleti számítások töltésátvitelt mutatnak a Ta-ról az Ir-ra, ami az adszorbátok, például az O és az OH erős kötődését okozza, és fenntartja az Ir(III) arányt az OOP oxidációs folyamata során. Ez viszont az Ir/Ta2O5 aktivitásának növekedését eredményezi, amelynek alacsonyabb, 0,385 V-os túlfeszültsége van az IrO2 0,48 V-jához képest.
A csapat kísérletileg is igazolta a katalizátor magas OER-aktivitását, 288 ± 3,9 mV túlfeszültséget figyelve meg 10 mA cm-2 áramerősségnél, valamint jelentősen magas, 876,1 ± 125,1 A g-1 Ir tömegaktivitást 1,55 V feszültségnél a megfelelő értékhez képest. Black úr esetében valójában az Ir/Ta2O5 kiváló OER-aktivitást és stabilitást mutat, amit a membrán-elektróda szerelvény több mint 120 órás egycellás működése is megerősített.
A javasolt módszer kettős előnnyel jár: csökkenti az Ir terhelési szintet és növeli az OER hatékonyságát. „Az OER megnövekedett hatékonysága kiegészíti a PEMWE eljárás költséghatékonyságát, ezáltal javítva annak általános teljesítményét. Ez az eredmény forradalmasíthatja a PEMWE kereskedelmi forgalomba hozatalát, és felgyorsíthatja a hidrogéntermelés mainstream módszerévé válását” – véli az optimista Park professzor.

Összességében ez a fejlesztés közelebb visz minket a fenntartható hidrogénenergiával működő közlekedési megoldások megvalósításához, és ezáltal a karbonsemleges státusz eléréséhez.
A Gwangjui Tudományos és Technológiai Intézetről (GIST) A Gwangjui Tudományos és Technológiai Intézet (GIST) egy kutatóegyetem a dél-koreai Gwangjuban. A GIST-t 1993-ban alapították, és mára Dél-Korea egyik legrangosabb egyetemévé vált. Az egyetem elkötelezett amellett, hogy olyan erős kutatási környezetet teremtsen, amely elősegíti a tudomány és a technológia fejlődését, valamint elősegíti a nemzetközi és hazai kutatási projektek közötti együttműködést. A „A jövő tudományának és technológiájának büszke alakítója” mottóhoz ragaszkodva a GIST folyamatosan Dél-Korea legjobban rangsorolt ​​egyetemei között szerepel.
A szerzőkről Dr. Changho Park 2016 augusztusa óta a Gwangjui Tudományos és Technológiai Intézet (GIST) professzora. Mielőtt csatlakozott a GIST-hez, a Samsung SDI alelnökeként dolgozott, és mesterdiplomáját a Samsung Electronics SAIT-on szerezte. Alap-, mester- és doktori fokozatát a Koreai Tudományos és Technológiai Intézet Kémiai Tanszékén szerezte 1990-ben, 1992-ben és 1995-ben. Jelenlegi kutatásai az üzemanyagcellák membránelektróda-egységeinek és elektrolízisének katalitikus anyagainak fejlesztésére összpontosítanak nanoszerkezetű szén és vegyes fém-oxid hordozók felhasználásával. Szakterületén 126 tudományos cikket publikált és 227 szabadalmat kapott.
Dr. Chaekyong Baik kutató a Koreai Tudományos és Technológiai Intézetben (KIST). PEMWE OER és MEA katalizátorok fejlesztésében vesz részt, jelenleg az ammóniaoxidációs reakciók katalizátoraira és eszközeire összpontosít. Mielőtt 2023-ban csatlakozott a KIST-hez, Chaekyung Baik energiaintegráció szakon doktorált a Gwangjui Tudományos és Technológiai Intézetben.
Az elektronban gazdag Ta2O5 által támogatott mezopórusos irid nanoszerkezet fokozhatja az oxigénfejlődési reakció aktivitását és stabilitását.
A szerzők kijelentik, hogy nincsenek ismert, egymással versengő pénzügyi érdekeltségeik vagy személyes kapcsolataik, amelyek befolyásolhatták volna a cikkben bemutatott munkát.
Jogi nyilatkozat: Az AAAS és az EurekAlert! nem vállal felelősséget az EurekAlert!-en közzétett sajtóközlemények pontosságáért, valamint az információk részt vevő szervezetek általi vagy az EurekAlert rendszeren keresztüli felhasználásáért.

Ha további információra van szüksége, kérjük, küldjön nekem egy e-mailt.
Email:
info@pulisichem.cn
Tel.:
+86-533-3149598