Nanostructurile de iridiu special concepute, depuse pe oxid de tantal mezoporos, sporesc conductivitatea, activitatea catalitică și stabilitatea pe termen lung.
Imagine: Cercetătorii din Coreea de Sud și SUA au dezvoltat un nou catalizator de iridiu cu o activitate crescută a reacției de evoluție a oxigenului pentru a facilita electroliza rentabilă a apei cu o membrană de schimb de protoni pentru a produce hidrogen. Aflați mai multe
Necesarul energetic al lumii continuă să crească. Energia hidrogenului transportabil oferă mari perspective în căutarea noastră de soluții energetice curate și durabile. În acest sens, electrolizoarele de apă cu membrană de schimb de protoni (PEMWE), care transformă excesul de energie electrică în energie hidrogen transportabilă prin electroliza apei, au atras mult interes. Cu toate acestea, aplicarea sa la scară largă în producția de hidrogen rămâne limitată din cauza ratei lente a reacției de evoluție a oxigenului (OER), o componentă importantă a electrolizei, iar încărcarea mare de catalizatori metalici scumpi, cum ar fi iridiul (Ir) și oxidul de ruteniu, în electrozi este limitată. Prin urmare, dezvoltarea unor catalizatori OER rentabili și de înaltă performanță este necesară pentru aplicarea pe scară largă a PEMWE.

Recent, o echipă de cercetare coreano-americană condusă de profesorul Changho Park de la Institutul de Știință și Tehnologie Gwangju din Coreea de Sud a dezvoltat un nou catalizator nanostructurat de iridiu pe bază de oxid de tantal mezoporos (Ta2O5) printr-o metodă îmbunătățită de reducere a acidului formic pentru a obține o electroliză eficientă a apei PEM. Cercetarea lor a fost publicată online pe 20 mai 2023 și va fi publicată în volumul 575 al revistei Journal of Power Sources pe 15 august 2023. Studiul a fost co-autorat de Dr. Chaekyong Baik, cercetător la Institutul Coreean de Știință și Tehnologie (KIST).
„Nanostructura de Ir bogată în electroni este dispersată uniform pe un substrat mezoporos stabil de Ta2O5, preparat prin metoda șablonului moale combinată cu procesul de înconjurare cu etilendiamină, ceea ce reduce eficient conținutul de Ir al unei singure baterii PEMWE la 0,3 mg cm-2”, a explicat profesorul Park. Este important de menționat că designul inovator al catalizatorului Ir/Ta2O5 nu numai că îmbunătățește utilizarea Ir-ului, dar are și o conductivitate mai mare și o suprafață electrochimic activă mai mare.
În plus, spectroscopia fotoelectronică cu raze X și spectroscopia de absorbție cu raze X relevă interacțiuni puternice metal-suport între Ir și Ta, în timp ce calculele teoriei funcționale a densității indică un transfer de sarcină de la Ta la Ir, ceea ce provoacă o legare puternică a adsorbaților precum O și OH și menține raportul Ir(III) în timpul procesului de oxidare OOP. Acest lucru, la rândul său, duce la o activitate crescută a Ir/Ta2O5, care are o supratensiune mai mică de 0,385 V comparativ cu 0,48 V pentru IrO2.
Echipa a demonstrat experimental și activitatea OER ridicată a catalizatorului, observând o supratensiune de 288 ± 3,9 mV la 10 mA cm-2 și o activitate masică a Ir semnificativ ridicată de 876,1 ± 125,1 A g-1 la 1,55 V, la valoarea corespunzătoare pentru dl. Black. De fapt, Ir/Ta2O5 prezintă o activitate și o stabilitate OER excelente, lucru confirmat în continuare de peste 120 de ore de funcționare cu o singură celulă a ansamblului membrană-electrod.
Metoda propusă are dublul avantaj de a reduce nivelul de sarcină Ir și de a crește eficiența OER. „Eficiența sporită a OER completează eficiența costurilor procesului PEMWE, îmbunătățind astfel performanța sa generală. Această realizare ar putea revoluționa comercializarea PEMWE și ar putea accelera adoptarea sa ca metodă principală de producție a hidrogenului”, sugerează optimistul profesor Park.

Per total, această dezvoltare ne aduce mai aproape de obținerea unor soluții durabile de transport al energiei prin hidrogen și, prin urmare, de atingerea statutului de neutru din punct de vedere al emisiilor de carbon.
Despre Institutul de Știință și Tehnologie Gwangju (GIST) Institutul de Știință și Tehnologie Gwangju (GIST) este o universitate de cercetare situată în Gwangju, Coreea de Sud. GIST a fost fondat în 1993 și a devenit una dintre cele mai prestigioase școli din Coreea de Sud. Universitatea se angajează să creeze un mediu de cercetare puternic care promovează dezvoltarea științei și tehnologiei și promovează colaborarea între proiectele de cercetare internaționale și interne. Aderând la motto-ul „Mândru modelator al științei și tehnologiei viitorului”, GIST este constant clasat printre universitățile de top din Coreea de Sud.
Despre autori Dr. Changho Park este profesor la Institutul de Știință și Tehnologie Gwangju (GIST) din august 2016. Înainte de a se alătura GIST, a ocupat funcția de vicepreședinte al Samsung SDI și a obținut o diplomă de master de la Samsung Electronics SAIT. A obținut licența, masteratul și doctoratul de la Departamentul de Chimie al Institutului Coreean de Știință și Tehnologie, în 1990, 1992 și, respectiv, 1995. Cercetările sale actuale se concentrează pe dezvoltarea de materiale catalitice pentru ansambluri de electrozi cu membrană în pile de combustie și electroliză utilizând suporți nanostructurați de carbon și oxizi metalici mixți. A publicat 126 de lucrări științifice și a primit 227 de brevete în domeniul său de expertiză.
Dr. Chaekyong Baik este cercetător la Institutul Coreean de Știință și Tehnologie (KIST). Este implicat în dezvoltarea catalizatorilor PEMWE OER și MEA, concentrându-se în prezent pe catalizatori și dispozitive pentru reacțiile de oxidare a amoniacului. Înainte de a se alătura KIST în 2023, Chaekyung Baik și-a obținut doctoratul în Integrare Energetică de la Institutul de Știință și Tehnologie Gwangju.
Nanostructura de iridă mezoporoasă susținută de Ta2O5 bogat în electroni poate spori activitatea și stabilitatea reacției de evoluție a oxigenului.
Autorii declară că nu au conflicte de interese financiare sau relații personale cunoscute care ar fi putut influența lucrarea prezentată în acest articol.
Declinare de responsabilitate: AAAS și EurekAlert! nu sunt responsabile pentru acuratețea comunicatelor de presă publicate pe EurekAlert! Orice utilizare a informațiilor de către o organizație participantă sau prin intermediul sistemului EurekAlert.

Dacă doriți mai multe informații, vă rog să-mi trimiteți un e-mail.
E-mail:
info@pulisichem.cn
Tel:
+86-533-3149598