Nanoestructures d'iridi especialment dissenyades i dipositades sobre òxid de tàntal mesoporós milloren la conductivitat, l'activitat catalítica i l'estabilitat a llarg termini.
Imatge: Investigadors de Corea del Sud i els Estats Units han desenvolupat un nou catalitzador d'iridi amb una major activitat de reacció d'evolució d'oxigen per facilitar l'electròlisi rendible de l'aigua amb una membrana d'intercanvi de protons per produir hidrogen. Més informació
Les necessitats energètiques mundials continuen creixent. L'energia de l'hidrogen transportable és molt prometedora en la nostra recerca de solucions energètiques netes i sostenibles. En aquest sentit, els electrolitzadors d'aigua de membrana d'intercanvi de protons (PEMWE), que converteixen l'excés d'energia elèctrica en energia d'hidrogen transportable mitjançant l'electròlisi de l'aigua, han despertat molt interès. Tanmateix, la seva aplicació a gran escala en la producció d'hidrogen continua sent limitada a causa de la lenta velocitat de la reacció d'evolució d'oxigen (OER), un component important de l'electròlisi, i l'alta càrrega de catalitzadors d'òxid metàl·lic cars com l'iridi (Ir) i l'òxid de ruteni als elèctrodes és limitada. Per tant, el desenvolupament de catalitzadors OER rendibles i d'alt rendiment és necessari per a l'aplicació generalitzada de PEMWE.

Recentment, un equip de recerca coreano-americà liderat pel professor Changho Park de l'Institut de Ciència i Tecnologia de Gwangju a Corea del Sud ha desenvolupat un nou catalitzador nanoestructurat d'iridi basat en òxid de tàntal mesoporós (Ta2O5) mitjançant un mètode millorat de reducció d'àcid fòrmic per aconseguir una electròlisi eficient de l'aigua PEM. La seva recerca es va publicar en línia el 20 de maig de 2023 i es publicarà al volum 575 del Journal of Power Sources el 15 d'agost de 2023. L'estudi va ser coescrit pel Dr. Chaekyong Baik, investigador de l'Institut Coreà de Ciència i Tecnologia (KIST).
«La nanoestructura d'Ir rica en electrons es dispersa uniformement sobre un substrat mesoporós estable de Ta2O5 preparat pel mètode de plantilla suau combinat amb el procés circumdant d'etilendiamina, que redueix eficaçment el contingut d'Ir d'una sola bateria PEMWE a 0,3 mg cm-2», va explicar el professor Park. És important tenir en compte que el disseny innovador del catalitzador Ir/Ta2O5 no només millora la utilització d'Ir, sinó que també té una major conductivitat i una superfície electroquímicament activa més gran.
A més, l'espectroscòpia d'absorció de raigs X i de fotoelectrons de raigs X revelen fortes interaccions metall-suport entre l'Ir i el Ta, mentre que els càlculs de la teoria funcional de la densitat indiquen una transferència de càrrega del Ta a l'Ir, que provoca una forta unió d'adsorbats com l'O i l'OH, i manté la relació Ir(III) durant el procés d'oxidació de l'OOP. Això, al seu torn, resulta en una major activitat de l'Ir/Ta2O5, que té un sobrevoltatge més baix de 0,385 V en comparació amb els 0,48 V de l'IrO2.
L'equip també va demostrar experimentalment l'alta activitat OER del catalitzador, observant un sobrevoltatge de 288 ± 3,9 mV a 10 mA cm-2 i una activitat massica d'Ir significativament alta de 876,1 ± 125,1 A g-1 a 1,55 V al valor corresponent per al Sr. Black. De fet, l'Ir/Ta2O5 presenta una excel·lent activitat i estabilitat OER, cosa que es va confirmar amb més de 120 hores de funcionament en una sola cel·la del conjunt membrana-elèctrode.
El mètode proposat té el doble avantatge de reduir el nivell de càrrega Ir i augmentar l'eficiència de l'OER. "L'augment de l'eficiència de l'OER complementa l'eficiència en termes de costos del procés PEMWE, millorant així el seu rendiment general. Aquest assoliment podria revolucionar la comercialització del PEMWE i accelerar la seva adopció com a mètode de producció d'hidrogen principal", suggereix un optimista professor Park.

En general, aquest desenvolupament ens acosta a aconseguir solucions sostenibles de transport d'energia per a l'hidrogen i, per tant, a aconseguir la neutralitat de carboni.
Sobre l'Institut de Ciència i Tecnologia de Gwangju (GIST) L'Institut de Ciència i Tecnologia de Gwangju (GIST) és una universitat de recerca situada a Gwangju, Corea del Sud. El GIST es va fundar el 1993 i s'ha convertit en una de les escoles més prestigioses de Corea del Sud. La universitat està compromesa amb la creació d'un entorn de recerca sòlid que promogui el desenvolupament de la ciència i la tecnologia i promogui la col·laboració entre projectes de recerca internacionals i nacionals. Seguint el lema "Orgullós modelador de la ciència i la tecnologia del futur", el GIST es classifica constantment entre les universitats millor classificades de Corea del Sud.
Sobre els autors El Dr. Changho Park ha estat professor a l'Institut de Ciència i Tecnologia de Gwangju (GIST) des de l'agost de 2016. Abans d'unir-se al GIST, va ser vicepresident de Samsung SDI i va obtenir un màster de Samsung Electronics SAIT. Va obtenir la llicenciatura, el màster i el doctorat del Departament de Química de l'Institut de Ciència i Tecnologia de Corea el 1990, 1992 i 1995, respectivament. La seva recerca actual se centra en el desenvolupament de materials catalítics per a conjunts d'elèctrodes de membrana en piles de combustible i electròlisi utilitzant suports de carboni nanoestructurat i òxid metàl·lic mixt. Ha publicat 126 articles científics i ha rebut 227 patents en el seu camp d'especialització.
El Dr. Chaekyong Baik és investigador a l'Institut Coreà de Ciència i Tecnologia (KIST). Participa en el desenvolupament de catalitzadors PEMWE OER i MEA, i actualment se centra en catalitzadors i dispositius per a reaccions d'oxidació d'amoníac. Abans d'unir-se a KIST el 2023, Chaekyung Baik va obtenir el seu doctorat en Integració Energètica a l'Institut de Ciència i Tecnologia de Gwangju.
La nanoestructura d'irid mesoporós suportada per Ta2O5 ric en electrons pot millorar l'activitat i l'estabilitat de la reacció d'evolució d'oxigen.
Els autors declaren que no tenen conegudes cap conflicte d'interessos financers ni relacions personals que puguin haver influït en el treball presentat en aquest article.
Avís legal: AAAS i EurekAlert! no es fan responsables de l'exactitud dels comunicats de premsa publicats a EurekAlert! Qualsevol ús d'informació per part d'una organització participant o a través del sistema EurekAlert.

Si voleu més informació, envieu-me un correu electrònic.
Correu electrònic:
info@pulisichem.cn
Telèfon:
+86-533-3149598