Speciāli izstrādātas irīdija nanostruktūras, kas nogulsnētas uz mezoporaina tantala oksīda, uzlabo vadītspēju, katalītisko aktivitāti un ilgtermiņa stabilitāti.
Attēls: Pētnieki Dienvidkorejā un ASV ir izstrādājuši jaunu irīdija katalizatoru ar paaugstinātu skābekļa izdalīšanās reakcijas aktivitāti, lai veicinātu rentablu ūdens elektrolīzi ar protonu apmaiņas membrānu ūdeņraža ražošanai. Uzziniet vairāk
Pasaules enerģijas vajadzības turpina pieaugt. Transportējama ūdeņraža enerģija ir ļoti daudzsološa mūsu meklējumos pēc tīriem un ilgtspējīgiem enerģijas risinājumiem. Šajā sakarā lielu interesi ir piesaistījuši protonu apmaiņas membrānas ūdens elektrolizatori (PEMWE), kas, izmantojot ūdens elektrolīzi, pārvērš lieko elektrisko enerģiju transportējamā ūdeņraža enerģijā. Tomēr to plaša mēroga pielietojums ūdeņraža ražošanā joprojām ir ierobežots skābekļa izdalīšanās reakcijas (OER), kas ir svarīga elektrolīzes sastāvdaļa, lēnā ātruma un dārgu metālu oksīdu katalizatoru, piemēram, irīdija (Ir) un rutēnija oksīda, lielā daudzuma dēļ elektrodos. Tāpēc plašai PEMWE pielietošanai ir nepieciešams izstrādāt rentablus un augstas veiktspējas OER katalizatorus.

Nesen korejiešu-amerikāņu pētnieku komanda profesora Čangho Parka vadībā no Kvandžu Zinātnes un tehnoloģijas institūta Dienvidkorejā izstrādāja jaunu irīdija nanostrukturētu katalizatoru, kura pamatā ir mezoporains tantala oksīds (Ta2O5), izmantojot uzlabotu skudrskābes reducēšanas metodi, lai panāktu efektīvu PEM ūdens elektrolīzi. Viņu pētījums tika publicēts tiešsaistē 2023. gada 20. maijā un tiks publicēts žurnāla "Journal of Power Sources" 575. sējumā 2023. gada 15. augustā. Pētījuma līdzautors bija Dr. Čekjongs Baiks, pētnieks Korejas Zinātnes un tehnoloģijas institūtā (KIST).
“Elektroniem bagātā Ir nanostruktūra ir vienmērīgi izkliedēta uz stabila mezoporaina Ta2O5 substrāta, kas sagatavots, izmantojot mīkstās matricas metodi apvienojumā ar etilēndiamīna apkārtnes procesu, kas efektīvi samazina vienas PEMWE baterijas Ir saturu līdz 0,3 mg cm-2,” skaidroja profesors Pārks. Ir svarīgi atzīmēt, ka Ir/Ta2O5 katalizatora inovatīvais dizains ne tikai uzlabo Ir izmantošanu, bet arī nodrošina augstāku vadītspēju un lielāku elektroķīmiski aktīvo virsmas laukumu.
Turklāt rentgenstaru fotoelektronu un rentgenstaru absorbcijas spektroskopija atklāj spēcīgu metāla-nesēja mijiedarbību starp Ir un Ta, savukārt blīvuma funkcionālās teorijas aprēķini norāda uz lādiņa pārnesi no Ta uz Ir, kas izraisa spēcīgu adsorbātu, piemēram, O un OH, saistīšanos un saglabā Ir(III) attiecību OOP oksidācijas procesā. Tas savukārt palielina Ir/Ta2O5 aktivitāti, kam ir zemāks pārspriegums – 0,385 V, salīdzinot ar 0,48 V IrO2 gadījumā.
Komanda arī eksperimentāli demonstrēja katalizatora augsto OER aktivitāti, novērojot pārspriegumu 288 ± 3,9 mV pie 10 mA cm-2 un ievērojami augstu Ir masas aktivitāti 876,1 ± 125,1 A g-1 pie 1,55 V atbilstošajai vērtībai Mr. Black gadījumā. Faktiski Ir/Ta2O5 uzrāda izcilu OER aktivitāti un stabilitāti, ko vēl vairāk apstiprināja vairāk nekā 120 stundu ilga membrānas-elektrodu mezgla darbība vienā šūnā.
Piedāvātajai metodei ir divējāda priekšrocība – tā samazina slodzes līmeni Ir un palielina OER efektivitāti. "OER paaugstinātā efektivitāte papildina PEMWE procesa izmaksu efektivitāti, tādējādi uzlabojot tā kopējo veiktspēju. Šis sasniegums varētu revolucionizēt PEMWE komercializāciju un paātrināt tā pieņemšanu kā galveno ūdeņraža ražošanas metodi," optimistiski noskaņotais profesors Pārks norāda.

Kopumā šī attīstība mūs tuvina ilgtspējīgu ūdeņraža enerģijas transporta risinājumu ieviešanai un tādējādi oglekļa neitrāla statusa sasniegšanai.
Par Kvandžu Zinātnes un tehnoloģiju institūtu (GIST) Kvandžu Zinātnes un tehnoloģiju institūts (GIST) ir pētniecības universitāte, kas atrodas Kvandžu, Dienvidkorejā. GIST tika dibināts 1993. gadā un ir kļuvis par vienu no prestižākajām skolām Dienvidkorejā. Universitāte ir apņēmusies radīt spēcīgu pētniecības vidi, kas veicina zinātnes un tehnoloģiju attīstību un veicina sadarbību starp starptautiskiem un vietējiem pētniecības projektiem. Ievērojot moto "Lepns nākotnes zinātnes un tehnoloģiju veidotājs", GIST pastāvīgi tiek ierindots starp augstāk novērtētajām universitātēm Dienvidkorejā.
Par autoriem Dr. Čangho Parks ir profesors Kvandžu Zinātnes un tehnoloģiju institūtā (GIST) kopš 2016. gada augusta. Pirms pievienošanās GIST viņš bija Samsung SDI viceprezidents un ieguva maģistra grādu Samsung Electronics SAIT. Bakalaura, maģistra un doktora grādus viņš ieguva Korejas Zinātnes un tehnoloģiju institūta Ķīmijas nodaļā attiecīgi 1990., 1992. un 1995. gadā. Viņa pašreizējie pētījumi koncentrējas uz katalītisko materiālu izstrādi membrānu elektrodu komplektiem degvielas elementos un elektrolīzē, izmantojot nanostrukturētu oglekļa un jauktu metālu oksīdu nesējus. Viņš ir publicējis 126 zinātniskus rakstus un saņēmis 227 patentus savā specialitātes jomā.
Dr. Čekjongs Baiks ir pētnieks Korejas Zinātnes un tehnoloģiju institūtā (KIST). Viņš ir iesaistīts PEMWE OER un MEA katalizatoru izstrādē, pašlaik koncentrējoties uz katalizatoriem un ierīcēm amonjaka oksidācijas reakcijām. Pirms pievienošanās KIST 2023. gadā Čekjongs Baiks ieguva doktora grādu enerģijas integrācijā Kvandžu Zinātnes un tehnoloģiju institūtā.
Mezoporainā irīda nanostruktūra, ko atbalsta elektroniem bagāts Ta2O5, var uzlabot skābekļa izdalīšanās reakcijas aktivitāti un stabilitāti.
Autori paziņo, ka viņiem nav zināmu konkurējošu finansiālu interešu vai personisku attiecību, kas varētu ietekmēt šajā rakstā prezentēto darbu.
Atruna: AAAS un EurekAlert! neatbild par EurekAlert! publicēto preses relīžu precizitāti, kā arī par jebkādu informācijas izmantošanu, ko veic iesaistītā organizācija vai izmantojot EurekAlert sistēmu.

Ja vēlaties uzzināt vairāk, lūdzu, rakstiet man e-pastu.
E-pasts：
info@pulisichem.cn
Tālrunis:
+86-533-3149598