Spetsiaalselt mesopoorsele tantaaloksiidile sadestatud iriidiumi nanostruktuurid suurendavad juhtivust, katalüütilist aktiivsust ja pikaajalist stabiilsust.
Pilt: Lõuna-Korea ja USA teadlased on välja töötanud uue iriidiumi katalüsaatori, millel on suurenenud hapniku eraldumise reaktsiooniaktiivsus, et hõlbustada vee kulutõhusat elektrolüüsi prootonvahetusmembraaniga vesiniku tootmiseks. Lisateave
Maailma energiavajadus kasvab jätkuvalt. Transporditav vesinikenergia on meie otsingutel puhaste ja säästvate energialahenduste järele väga paljulubav. Sellega seoses on suurt huvi äratanud prootonvahetusmembraaniga veeelektrolüüsiseadmed (PEMWE-d), mis muudavad liigse elektrienergia veeelektrolüüsi abil transporditavaks vesinikenergiaks. Selle laialdane rakendamine vesiniku tootmisel on aga endiselt piiratud hapniku eraldumise reaktsiooni (OER), mis on elektrolüüsi oluline komponent, aeglase kiiruse ja kallite metalloksiidkatalüsaatorite, näiteks iriidiumi (Ir) ja ruteeniumoksiidi, suure sisalduse tõttu elektroodides. Seetõttu on PEMWE laialdaseks kasutamiseks vajalik kulutõhusate ja suure jõudlusega OER-katalüsaatorite väljatöötamine.

Hiljuti töötas Lõuna-Koreas Gwangju teadus- ja tehnoloogiainstituudi professor Changho Parki juhitud Korea-Ameerika uurimisrühm välja uue iriidiumi nanostruktureeritud katalüsaatori, mis põhineb mesopoorsel tantaaloksiidil (Ta2O5), kasutades täiustatud sipelghappe redutseerimise meetodit PEM-vee tõhusaks elektrolüüsiks. Nende uurimus avaldati veebis 20. mail 2023 ja avaldatakse ajakirja Journal of Power Sources 575. köites 15. augustil 2023. Uuringu kaasautor oli Korea teadus- ja tehnoloogiainstituudi (KIST) teadur dr Chaekyong Baik.
„Elektronirikas Ir-nanostruktuur on ühtlaselt hajutatud stabiilsele mesopoorsele Ta2O5 substraadile, mis on valmistatud pehme matriitsi meetodil koos etüleendiamiini ümbritseva protsessiga, mis vähendab ühe PEMWE aku Ir-sisaldust efektiivselt 0,3 mg cm-2-ni,“ selgitas professor Park. Oluline on märkida, et Ir/Ta2O5 katalüsaatori uuenduslik disain mitte ainult ei paranda Ir-i kasutamist, vaid sellel on ka suurem juhtivus ja suurem elektrokeemiliselt aktiivne pindala.
Lisaks näitavad röntgenfotoelektron- ja röntgenkiirguse neeldumisspektroskoopia tugevaid metall-kandja interaktsioone Ir ja Ta vahel, samas kui tihedusfunktsionaalteooria arvutused näitavad laenguülekannet Ta-lt Ir-le, mis põhjustab adsorbaatide, näiteks O ja OH, tugeva sidumise ning säilitab Ir(III) suhte OOP oksüdatsiooniprotsessi ajal. See omakorda suurendab Ir/Ta2O5 aktiivsust, mille ülepinge on madalam, 0,385 V, võrreldes IrO2 0,48 V-ga.
Meeskond demonstreeris eksperimentaalselt ka katalüsaatori kõrget OER-aktiivsust, täheldades hr Blacki puhul ülepinget 288 ± 3,9 mV voolutugevusel 10 mA cm-2 ja märkimisväärselt kõrget Ir-massiaktiivsust 876,1 ± 125,1 A g-1 voolutugevusel 1,55 V vastava väärtusega. Tegelikult näitab Ir/Ta2O5 suurepärast OER-aktiivsust ja stabiilsust, mida kinnitas veelgi membraani-elektroodi komplekti enam kui 120-tunnine üheelemendiline töötamine.
Kavandatud meetodil on kahekordne eelis: see vähendab koormustaset Ir ja suurendab OER-i efektiivsust. „OER-i suurem efektiivsus täiendab PEMWE protsessi kulutõhusust, parandades seeläbi selle üldist jõudlust. See saavutus võib muuta PEMWE kommertsialiseerimist revolutsiooniliselt ja kiirendada selle kasutuselevõttu peavoolu vesiniku tootmise meetodina,“ pakub optimistlik professor Park.

Kokkuvõttes viib see areng meid lähemale säästvate vesinikenergia transpordilahenduste saavutamisele ja seega süsinikuneutraalse staatuse saavutamisele.
Gwangju teadus- ja tehnoloogiainstituudist (GIST) Gwangju teadus- ja tehnoloogiainstituut (GIST) on teadusülikool, mis asub Gwangjus Lõuna-Koreas. GIST asutati 1993. aastal ja sellest on saanud üks Lõuna-Korea prestiižsemaid ülikoole. Ülikool on pühendunud tugeva teaduskeskkonna loomisele, mis edendab teaduse ja tehnoloogia arengut ning edendab koostööd rahvusvaheliste ja siseriiklike teadusprojektide vahel. Järgides motot „Tuleviku teaduse ja tehnoloogia uhke kujundaja“, on GIST pidevalt Lõuna-Korea tippülikoolide hulgas.
Autorite kohta Dr. Changho Park on olnud Gwangju teadus- ja tehnoloogiainstituudi (GIST) professor alates 2016. aasta augustist. Enne GIST-iga liitumist töötas ta Samsung SDI asepresidendina ja omandas magistrikraadi Samsung Electronics SAIT-ist. Ta omandas bakalaureuse-, magistri- ja doktorikraadi Korea teadus- ja tehnoloogiainstituudi keemiaosakonnas vastavalt aastatel 1990, 1992 ja 1995. Tema praegune uurimistöö keskendub katalüütiliste materjalide väljatöötamisele membraanelektroodikomplektide jaoks kütuseelementides ja elektrolüüsis, kasutades nanostruktureeritud süsinikku ja segatud metalloksiidkandjaid. Ta on avaldanud 126 teadusartiklit ja saanud oma erialal 227 patenti.
Dr. Chaekyong Baik on teadur Korea Teadus- ja Tehnoloogiainstituudis (KIST). Ta tegeleb PEMWE OER ja MEA katalüsaatorite väljatöötamisega, keskendudes praegu ammoniaagi oksüdeerimisreaktsioonide katalüsaatoritele ja seadmetele. Enne KIST-iga liitumist 2023. aastal omandas Chaekyung Baik doktorikraadi energiaintegratsiooni alal Gwangju Teadus- ja Tehnoloogiainstituudis.
Elektronrikka Ta2O5-ga toetatud mesopoorne iriidi nanostruktuur võib suurendada hapniku eraldumise reaktsiooni aktiivsust ja stabiilsust.
Autorid kinnitavad, et neil puuduvad teadaolevad konkureerivad rahalised huvid ega isiklikud suhted, mis võiksid käesolevas artiklis esitatud tööd mõjutada.
Lahtiütlus: AAAS ja EurekAlert! ei vastuta EurekAlert!is avaldatud pressiteadete täpsuse ega teabe kasutamise eest osaleva organisatsiooni poolt või EurekAlert! süsteemi kaudu.

Kui soovite rohkem teavet, saatke mulle palun e-kiri.
E-post：
info@pulisichem.cn
Tel：
+86-533-3149598