Specialiai sukurtos iridžio nanostruktūros, nusodintos ant mezoporinio tantalo oksido, padidina laidumą, katalizinį aktyvumą ir ilgalaikį stabilumą.
Paveikslėlis: Pietų Korėjos ir JAV tyrėjai sukūrė naują iridžio katalizatorių su padidintu deguonies išsiskyrimo reakcijos aktyvumu, kuris palengvins ekonomišką vandens elektrolizę naudojant protonų mainų membraną vandeniliui gaminti. Sužinokite daugiau
Pasaulio energijos poreikiai toliau auga. Transportuojama vandenilio energija yra labai perspektyvi ieškant švarių ir tvarių energijos sprendimų. Šiuo atžvilgiu didelį susidomėjimą sulaukė protonų mainų membraniniai vandens elektrolizeriai (PEMWE), kurie vandens elektrolizės būdu perteklinę elektros energiją paverčia transportuojama vandenilio energija. Tačiau didelio masto jų taikymas vandenilio gamyboje išlieka ribotas dėl lėto deguonies išsiskyrimo reakcijos (OER), kuri yra svarbus elektrolizės komponentas, greičio ir didelio brangių metalo oksido katalizatorių, tokių kaip iridis (Ir) ir rutenio oksidas, kiekio elektroduose. Todėl norint plačiai taikyti PEMWE, būtina sukurti ekonomiškai efektyvius ir didelio našumo OER katalizatorius.

Neseniai korėjiečių ir amerikiečių tyrėjų komanda, vadovaujama profesoriaus Changho Park iš Kvangdžu mokslo ir technologijos instituto Pietų Korėjoje, sukūrė naują iridžio nanostruktūrinį katalizatorių, pagrįstą mezoporiniu tantalo oksidu (Ta2O5), taikydama patobulintą skruzdžių rūgšties redukcijos metodą, kad būtų pasiekta efektyvi PEM vandens elektrolizė. Jų tyrimas buvo paskelbtas internete 2023 m. gegužės 20 d. ir bus paskelbtas žurnalo „Journal of Power Sources“ 575 tome 2023 m. rugpjūčio 15 d. Tyrimo bendraautoris buvo dr. Chaekyong Baik, Korėjos mokslo ir technologijos instituto (KIST) tyrėjas.
„Elektronais praturtinta Ir nanostruktūra yra tolygiai disperguota ant stabilaus mezoporinio Ta2O5 substrato, paruošto minkštojo šablono metodu kartu su etilendiamino supimo procesu, kuris efektyviai sumažina Ir kiekį vienoje PEMWE baterijoje iki 0,3 mg cm-2“, – aiškino profesorius Parkas. Svarbu pažymėti, kad novatoriškas Ir/Ta2O5 katalizatoriaus dizainas ne tik pagerina Ir panaudojimą, bet ir pasižymi didesniu laidumu bei didesniu elektrochemiškai aktyviu paviršiaus plotu.
Be to, rentgeno spindulių fotoelektronų ir rentgeno spindulių absorbcijos spektroskopija atskleidžia stiprią metalo ir atramos sąveiką tarp Ir ir Ta, o tankio funkcionalo teorijos skaičiavimai rodo krūvio perdavimą iš Ta į Ir, dėl kurio stipriai jungiasi adsorbatai, tokie kaip O ir OH, ir išlaiko Ir(III) santykį OOP oksidacijos proceso metu. Tai savo ruožtu padidina Ir/Ta2O5 aktyvumą, kurio viršįtampis yra mažesnis – 0,385 V, palyginti su 0,48 V IrO2 atveju.
Komanda taip pat eksperimentiškai pademonstravo didelį katalizatoriaus OER aktyvumą, stebėdama 288 ± 3,9 mV viršįtampį esant 10 mA cm⁻² ir žymiai didelį Ir masės aktyvumą – 876,1 ± 125,1 A g⁻¹ esant 1,55 V įtampai, atitinkančią atitinkamą pono Blacko vertę. Tiesą sakant, Ir/Ta2O5 pasižymi puikiu OER aktyvumu ir stabilumu, ką dar kartą patvirtino daugiau nei 120 valandų trukęs membranos ir elektrodo mazgo veikimas vienoje ląstelėje.
Siūlomas metodas turi dvigubą privalumą: sumažina apkrovos lygį Ir ir padidina OER efektyvumą. „Padidėjęs OER efektyvumas papildo PEMWE proceso ekonomiškumą, taip pagerindamas bendrą jo našumą. Šis pasiekimas galėtų pakeisti PEMWE komercializavimą ir paspartinti jo, kaip pagrindinio vandenilio gamybos metodo, pritaikymą“, – optimistiškai vertina profesorius Parkas.

Apskritai ši plėtra priartina mus prie tvarių vandenilio energijos transporto sprendimų įgyvendinimo ir tokiu būdu anglies dioksido požiūriu neutralaus statuso pasiekimo.
Apie Kvangdžu mokslo ir technologijų institutą (GIST) Kvangdžu mokslo ir technologijų institutas (GIST) yra mokslinių tyrimų universitetas, įsikūręs Kvangdžu mieste, Pietų Korėjoje. GIST buvo įkurtas 1993 m. ir tapo viena prestižiškiausių mokyklų Pietų Korėjoje. Universitetas yra įsipareigojęs kurti stiprią mokslinių tyrimų aplinką, kuri skatintų mokslo ir technologijų plėtrą bei bendradarbiavimą tarp tarptautinių ir nacionalinių mokslinių tyrimų projektų. Vadovaudamasis šūkiu „Didžiuojuosi kurdamas ateities mokslą ir technologijas“, GIST nuolat patenka į geriausių Pietų Korėjos universitetų reitingą.
Apie autorius Dr. Changho Park nuo 2016 m. rugpjūčio mėn. yra Kvangdžu mokslo ir technologijos instituto (GIST) profesorius. Prieš prisijungdamas prie GIST, jis ėjo „Samsung SDI“ viceprezidento pareigas ir įgijo magistro laipsnį „Samsung Electronics SAIT“. Bakalauro, magistro ir daktaro laipsnius jis įgijo atitinkamai 1990, 1992 ir 1995 m. Korėjos mokslo ir technologijos instituto Chemijos katedroje. Dabartiniai jo tyrimai sutelkti į katalizinių medžiagų, skirtų membraninių elektrodų mazgams kuro elementuose ir elektrolizei, naudojant nanostruktūrinę anglies ir mišrių metalų oksidų atramas, kūrimą. Savo kompetencijos srityje jis yra paskelbęs 126 mokslinius straipsnius ir gavęs 227 patentus.
Dr. Chaekyong Baik yra Korėjos mokslo ir technologijų instituto (KIST) tyrėjas. Jis dalyvauja kuriant PEMWE OER ir MEA katalizatorius, šiuo metu daugiausia dėmesio skirdamas amoniako oksidacijos reakcijų katalizatoriams ir įrenginiams. Prieš prisijungdamas prie KIST 2023 m., Chaekyung Baik įgijo energijos integravimo daktaro laipsnį Kvangdžu mokslo ir technologijų institute.
Mezoporinė irido nanostruktūra, paremta elektronais turtingu Ta2O5, gali padidinti deguonies išsiskyrimo reakcijos aktyvumą ir stabilumą.
Autoriai pareiškia, kad jie neturi jokių žinomų konkuruojančių finansinių interesų ar asmeninių santykių, kurie galėjo turėti įtakos šiame straipsnyje pristatytam darbui.
Atsakomybės apribojimas: AAAS ir „EurekAlert!“ neatsako už „EurekAlert!“ paskelbtų pranešimų spaudai tikslumą ir bet kokį informacijos naudojimą dalyvaujančios organizacijos arba per „EurekAlert“ sistemą.

Jei norėtumėte gauti daugiau informacijos, prašau atsiųsti man el. laišką.
El. paštas：
info@pulisichem.cn
Tel.:
+86-533-3149598