Mesohuokoiselle tantaalioksidille kerrostetut erityisesti suunnitellut iridium-nanorakenteet parantavat johtavuutta, katalyyttistä aktiivisuutta ja pitkäaikaista stabiiliutta.
Kuva: Etelä-Korean ja Yhdysvaltojen tutkijat ovat kehittäneet uuden iridiumkatalyytin, jolla on lisääntynyt hapenkehitysreaktioaktiivisuus. Tämä mahdollistaa veden kustannustehokkaan elektrolyysin protoninvaihtokalvolla vedyn tuottamiseksi. Lue lisää
Maailman energiantarve kasvaa jatkuvasti. Siirrettävällä vetyenergialla on suuri lupaus puhtaiden ja kestävien energiaratkaisujen etsinnässä. Tässä suhteessa protoninvaihtokalvovesielektrolyysilaitteet (PEMWE), jotka muuntavat ylimääräisen sähköenergian siirrettäväksi vetyenergiaksi vesielektrolyysin avulla, ovat herättäneet paljon kiinnostusta. Sen laajamittainen käyttö vedyn tuotannossa on kuitenkin edelleen rajallista johtuen hitaasta hapenkehitysreaktiosta (OER), joka on tärkeä elektrolyysin osa, ja kalliiden metallioksidikatalyyttien, kuten iridiumin (Ir) ja ruteniumoksidin, suuresta määrästä elektrodeja on rajoitettua. Siksi kustannustehokkaiden ja tehokkaiden OER-katalyyttien kehittäminen on välttämätöntä PEMWE:n laajamittaiselle käytölle.

Äskettäin korealais-amerikkalainen tutkimusryhmä, jota johti professori Changho Park Gwangjun tiede- ja teknologiainstituutista Etelä-Koreasta, kehitti uuden iridium-nanorakenteisen katalyytin, joka perustuu mesohuokoiseen tantaalioksidiin (Ta2O5). Tämä menetelmä on parannettu muurahaishappopelkistysmenetelmällä, jotta PEM-veden elektrolyysi olisi tehokasta. Heidän tutkimuksensa julkaistiin verkossa 20. toukokuuta 2023, ja se julkaistaan ​​Journal of Power Sources -lehden numerossa 575 15. elokuuta 2023. Tutkimuksen oli mukana kirjoittamassa tohtori Chaekyong Baik, tutkija Korean tiede- ja teknologiainstituutista (KIST).
”Elektronipitoinen Ir-nanorakenne on tasaisesti dispergoitunut stabiilille mesohuokoiselle Ta2O5-substraatille, joka on valmistettu pehmeällä templaattimenetelmällä yhdistettynä etyleenidiamiinin ympäröintiprosessiin, mikä vähentää tehokkaasti yksittäisen PEMWE-akun Ir-pitoisuuden 0,3 mg cm⁻²:iin”, selitti professori Park. On tärkeää huomata, että Ir/Ta2O5-katalyytin innovatiivinen suunnittelu ei ainoastaan ​​paranna Ir:n hyödyntämistä, vaan sillä on myös korkeampi johtavuus ja suurempi sähkökemiallisesti aktiivinen pinta-ala.
Lisäksi röntgenfotoelektroni- ja röntgenabsorptiospektroskopia paljastavat voimakkaita metalli-tukiainevuorovaikutuksia Ir:n ja Ta:n välillä, kun taas tiheysfunktionaaliteorian laskelmat osoittavat varauksen siirtymistä Ta:sta Ir:iin, mikä aiheuttaa adsorbaattien, kuten O:n ja OH:n, voimakkaan sitoutumisen ja ylläpitää Ir(III)-suhdetta OOP:n hapetusprosessin aikana. Tämä puolestaan ​​johtaa Ir/Ta2O5:n lisääntyneeseen aktiivisuuteen, jonka ylijännite on alhaisempi, 0,385 V, verrattuna IrO2:n 0,48 V:iin.
Tiimi osoitti myös kokeellisesti katalyytin korkean OER-aktiivisuuden havaitessaan 288 ± 3,9 mV:n ylijännitteen 10 mA cm⁻²:ssä ja merkittävästi korkean Ir-massa-aktiivisuuden 876,1 ± 125,1 A g⁻¹:n 1,55 V:n jännitteellä Mr. Blackin vastaavassa arvossa. Itse asiassa Ir/Ta2O5:lla on erinomainen OER-aktiivisuus ja -stabiilisuus, mikä vahvistettiin edelleen yli 120 tunnin membraanielektrodikokoonpanon yksittäisen kennon toiminnassa.
Ehdotetulla menetelmällä on kaksinkertainen etu: se alentaa kuormitustasoa Ir ja lisää OER:n hyötysuhdetta. ”OER:n lisääntynyt hyötysuhde täydentää PEMWE-prosessin kustannustehokkuutta ja parantaa siten sen kokonaissuorituskykyä. Tämä saavutus voisi mullistaa PEMWE:n kaupallistamisen ja nopeuttaa sen käyttöönottoa valtavirran vedyntuotantomenetelmänä”, optimistinen professori Park ehdottaa.

Kaiken kaikkiaan tämä kehitys vie meitä lähemmäksi kestävien vetyenergian kuljetusratkaisujen saavuttamista ja siten hiilineutraaliuden saavuttamista.
Tietoa Gwangjun tiede- ja teknologiainstituutista (GIST) Gwangjun tiede- ja teknologiainstituutti (GIST) on tutkimusyliopisto Gwangjussa, Etelä-Koreassa. GIST perustettiin vuonna 1993, ja siitä on tullut yksi Etelä-Korean arvostetuimmista oppilaitoksista. Yliopisto on sitoutunut luomaan vahvan tutkimusympäristön, joka edistää tieteen ja teknologian kehitystä ja edistää yhteistyötä kansainvälisten ja kotimaisten tutkimushankkeiden välillä. Mottonsa "Tulevaisuuden tieteen ja teknologian ylpeä muovaaja" mukaisesti GIST sijoittuu jatkuvasti Etelä-Korean parhaiten arvioitujen yliopistojen joukkoon.
Tietoja kirjoittajista Dr. Changho Park on toiminut professorina Gwangjun tiede- ja teknologiainstituutissa (GIST) elokuusta 2016 lähtien. Ennen GIST:tä hän toimi Samsung SDI:n vararehtorina ja suoritti maisterin tutkinnon Samsung Electronics SAIT:ssa. Hän suoritti kandidaatin, maisterin ja tohtorin tutkinnot Korean tiede- ja teknologiainstituutin kemian laitoksella vuosina 1990, 1992 ja 1995. Hänen nykyinen tutkimuksensa keskittyy katalyyttisten materiaalien kehittämiseen polttokennojen kalvoelektrodikokoonpanoille ja elektrolyysille käyttäen nanorakenteisia hiili- ja sekametallioksidialustoja. Hän on julkaissut 126 tieteellistä artikkelia ja saanut 227 patenttia asiantuntemusalallaan.
Tri Chaekyong Baik on tutkija Korean tiede- ja teknologiainstituutissa (KIST). Hän on mukana PEMWE OER- ja MEA-katalyyttien kehittämisessä, ja hänen nykyinen keskittymisensä on ammoniakin hapetusreaktioiden katalyytit ja laitteet. Ennen KIST:hen liittymistään vuonna 2023 Chaekyung Baik väitteli tohtoriksi energiaintegraatiosta Gwangjun tiede- ja teknologiainstituutissa.
Elektronirikkaan Ta2O5:n tukema mesohuokoinen iridin nanorakenne voi parantaa hapenkehitysreaktion aktiivisuutta ja vakautta.
Kirjoittajat vakuuttavat, ettei heillä ole tiedossa olevia kilpailevia taloudellisia intressejä tai henkilökohtaisia ​​suhteita, jotka olisivat voineet vaikuttaa tässä artikkelissa esitettyyn työhön.
Vastuuvapauslauseke: AAAS ja EurekAlert! eivät ole vastuussa EurekAlert!-sivustolla julkaistujen lehdistötiedotteiden oikeellisuudesta tai tietojen käytöstä osallistuvan organisaation toimesta tai EurekAlert-järjestelmän kautta.

Jos haluat lisätietoja, lähetä minulle sähköpostia.
Sähköposti:
info@pulisichem.cn
Puh:
+86-533-3149598