Speciálně navržené iridiové nanostruktury nanesené na mesoporézní oxid tantalu zvyšují vodivost, katalytickou aktivitu a dlouhodobou stabilitu.
Obrázek: Výzkumníci v Jižní Koreji a USA vyvinuli nový iridiový katalyzátor se zvýšenou reakční aktivitou vývoje kyslíku, který usnadňuje nákladově efektivní elektrolýzu vody s protonovou výměnnou membránou za účelem výroby vodíku. Více informací
Světová energetická potřeba neustále roste. Přenosná vodíková energie je velkým příslibem při hledání čistých a udržitelných energetických řešení. V tomto ohledu vzbudily velký zájem protonové membránové vodní elektrolyzéry (PEMWE), které přeměňují přebytečnou elektrickou energii na přenositelnou vodíkovou energii prostřednictvím elektrolýzy vody. Jejich rozsáhlé využití při výrobě vodíku však zůstává omezené kvůli pomalé rychlosti reakce vývoje kyslíku (OER), která je důležitou složkou elektrolýzy, a vysokému množství drahých katalyzátorů na bázi oxidů kovů, jako je iridium (Ir) a oxid ruthenia, v elektrodách. Proto je pro široké využití PEMWE nezbytný vývoj cenově dostupných a vysoce výkonných katalyzátorů OER.

Korejsko-americký výzkumný tým vedený profesorem Changho Parkem z Gwangju Institute of Science and Technology v Jižní Koreji nedávno vyvinul nový iridiový nanostrukturní katalyzátor na bázi mesoporézního oxidu tantalu (Ta2O5) pomocí vylepšené metody redukce kyselinou mravenčí pro dosažení účinné elektrolýzy vody PEM. Jejich výzkum byl publikován online 20. května 2023 a bude publikován v 575. ročníku časopisu Journal of Power Sources 15. srpna 2023. Spoluautorem studie je Dr. Chaekyong Baik, výzkumník z Korejského institutu vědy a techniky (KIST).
„Nanostruktura Ir bohatá na elektrony je rovnoměrně dispergována na stabilním mezoporézním substrátu Ta2O5 připraveném metodou měkkého templátu v kombinaci s procesem obklopování ethylendiaminem, což účinně snižuje obsah Ir v jedné baterii PEMWE na 0,3 mg cm-2,“ vysvětlil profesor Park. Je důležité poznamenat, že inovativní design katalyzátoru Ir/Ta2O5 nejen zlepšuje využití Ir, ale má také vyšší vodivost a větší elektrochemicky aktivní povrchovou plochu.
Rentgenová fotoelektronová a rentgenová absorpční spektroskopie navíc odhalují silné interakce mezi kovem a nosičem mezi Ir a Ta, zatímco výpočty teorie funkcionálu hustoty naznačují přenos náboje z Ta na Ir, což způsobuje silnou vazbu adsorbátů, jako jsou O a OH, a udržuje poměr Ir(III) během procesu oxidace OOP. To má za následek zvýšenou aktivitu Ir/Ta2O5, který má nižší přepětí 0,385 V ve srovnání s 0,48 V pro IrO2.
Tým také experimentálně prokázal vysokou aktivitu OER katalyzátoru, přičemž u pana Blacka pozoroval přepětí 288 ± 3,9 mV při 10 mA cm-2 a významně vysokou hmotnostní aktivitu Ir 876,1 ± 125,1 A g-1 při 1,55 V na odpovídající hodnotu. Ir/Ta2O5 ve skutečnosti vykazuje vynikající aktivitu a stabilitu OER, což bylo dále potvrzeno více než 120 hodinami provozu sestavy membrány a elektrody v jednom článku.
Navrhovaná metoda má dvojí výhodu: snížení úrovně zatížení Ir a zvýšení účinnosti OER. „Zvýšená účinnost OER doplňuje nákladovou efektivitu procesu PEMWE, čímž zlepšuje jeho celkový výkon. Tento úspěch by mohl způsobit revoluci v komercializaci PEMWE a urychlit jeho přijetí jako běžné metody výroby vodíku,“ naznačuje optimistický profesor Park.

Celkově nás tento vývoj přibližuje k dosažení udržitelných řešení pro přepravu vodíkové energie, a tím i k dosažení uhlíkové neutrality.
O Gwangju Institute of Science and Technology (GIST) Gwangju Institute of Science and Technology (GIST) je výzkumná univerzita nacházející se v Gwangju v Jižní Koreji. GIST byl založen v roce 1993 a stala se jednou z nejprestižnějších škol v Jižní Koreji. Univerzita se zavázala k vytváření silného výzkumného prostředí, které podporuje rozvoj vědy a techniky a podporuje spolupráci mezi mezinárodními a domácími výzkumnými projekty. V souladu s mottem „Hrdý tvůrce vědy a techniky budoucnosti“ se GIST trvale řadí mezi nejlépe hodnocené univerzity v Jižní Koreji.
O autorech Dr. Changho Park je profesorem na Gwangju Institute of Science and Technology (GIST) od srpna 2016. Před nástupem do GIST působil jako viceprezident společnosti Samsung SDI a získal magisterský titul na Samsung Electronics SAIT. Bakalářský, magisterský a doktorský titul získal na katedře chemie Korejského institutu vědy a technologie v letech 1990, 1992 a 1995. Jeho současný výzkum se zaměřuje na vývoj katalytických materiálů pro sestavy membránových elektrod v palivových článcích a elektrolýzu s využitím nanostrukturovaných nosičů z uhlíku a směsných oxidů kovů. Ve svém oboru publikoval 126 vědeckých prací a získal 227 patentů.
Dr. Chaekyong Baik je výzkumníkem v Korejském institutu vědy a technologie (KIST). Podílí se na vývoji katalyzátorů PEMWE OER a MEA, se současným zaměřením na katalyzátory a zařízení pro reakce oxidace amoniaku. Před nástupem do KIST v roce 2023 získal Chaekyung Baik doktorát v oboru energetické integrace na Gwangju Institute of Science and Technology.
Mezoporézní iridová nanostruktura s elektronově bohatým Ta2O5 může zvýšit aktivitu a stabilitu reakce vývoje kyslíku.
Autoři prohlašují, že nemají žádné známé konkurenční finanční zájmy ani osobní vztahy, které by mohly ovlivnit práci prezentovanou v tomto článku.
Prohlášení: AAAS a EurekAlert! nenesou odpovědnost za přesnost tiskových zpráv zveřejněných na EurekAlert! Jakékoli použití informací zúčastněnou organizací nebo prostřednictvím systému EurekAlert.

Pokud byste chtěli více informací, pošlete mi prosím e-mail.
E-mail:
info@pulisichem.cn
Tel.：
+86-533-3149598