Ειδικά σχεδιασμένες νανοδομές ιριδίου που εναποτίθενται σε μεσοπορώδες οξείδιο του τανταλίου ενισχύουν την αγωγιμότητα, την καταλυτική δράση και τη μακροπρόθεσμη σταθερότητα.
Εικόνα: Ερευνητές στη Νότια Κορέα και τις ΗΠΑ ανέπτυξαν έναν νέο καταλύτη ιριδίου με αυξημένη δραστικότητα αντίδρασης έκλυσης οξυγόνου για να διευκολύνουν την οικονομικά αποδοτική ηλεκτρόλυση νερού με μεμβράνη ανταλλαγής πρωτονίων για την παραγωγή υδρογόνου. μάθετε περισσότερα
Οι παγκόσμιες ενεργειακές ανάγκες συνεχίζουν να αυξάνονται. Η μεταφερόμενη ενέργεια από υδρογόνο αποτελεί πολλά υποσχόμενο προϊόν στην αναζήτησή μας για καθαρές και βιώσιμες ενεργειακές λύσεις. Από αυτή την άποψη, οι ηλεκτρολύτες νερού με μεμβράνη ανταλλαγής πρωτονίων (PEMWEs), οι οποίοι μετατρέπουν την πλεονάζουσα ηλεκτρική ενέργεια σε μεταφερόμενη ενέργεια υδρογόνου μέσω ηλεκτρόλυσης νερού, έχουν προσελκύσει μεγάλο ενδιαφέρον. Ωστόσο, η εφαρμογή της σε μεγάλη κλίμακα στην παραγωγή υδρογόνου παραμένει περιορισμένη λόγω του αργού ρυθμού αντίδρασης έκλυσης οξυγόνου (OER), ενός σημαντικού συστατικού της ηλεκτρόλυσης, και η υψηλή φόρτωση ακριβών καταλυτών μεταλλικών οξειδίων όπως το ιρίδιο (Ir) και το οξείδιο του ρουθηνίου στα ηλεκτρόδια είναι περιορισμένη. Επομένως, η ανάπτυξη οικονομικά αποδοτικών και υψηλής απόδοσης καταλυτών OER είναι απαραίτητη για την ευρεία εφαρμογή της PEMWE.

Πρόσφατα, μια κορεατοαμερικανική ερευνητική ομάδα με επικεφαλής τον καθηγητή Changho Park από το Ινστιτούτο Επιστήμης και Τεχνολογίας Gwangju στη Νότια Κορέα ανέπτυξε έναν νέο νανοδομημένο καταλύτη ιριδίου βασισμένο σε μεσοπορώδες οξείδιο του τανταλίου (Ta2O5) μέσω μιας βελτιωμένης μεθόδου αναγωγής μυρμηκικού οξέος για την επίτευξη αποτελεσματικής ηλεκτρόλυσης νερού PEM. Η έρευνά τους δημοσιεύθηκε στο διαδίκτυο στις 20 Μαΐου 2023 και θα δημοσιευτεί στον Τόμο 575 του Journal of Power Sources στις 15 Αυγούστου 2023. Η μελέτη συνυπέγραψε ο Δρ. Chaekyong Baik, ερευνητής στο Κορεατικό Ινστιτούτο Επιστήμης και Τεχνολογίας (KIST).
«Η πλούσια σε ηλεκτρόνια νανοδομή Ir είναι ομοιόμορφα διασκορπισμένη σε ένα σταθερό μεσοπορώδες υπόστρωμα Ta2O5 που παρασκευάζεται με τη μέθοδο μαλακού προτύπου σε συνδυασμό με τη διαδικασία περιβάλλουσας αιθυλενοδιαμίνης, η οποία μειώνει αποτελεσματικά την περιεκτικότητα σε Ir μιας μόνο μπαταρίας PEMWE σε 0,3 mg cm-2», εξήγησε ο καθηγητής Park. Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι ο καινοτόμος σχεδιασμός του καταλύτη Ir/Ta2O5 όχι μόνο βελτιώνει την αξιοποίηση του Ir, αλλά έχει επίσης υψηλότερη αγωγιμότητα και μεγαλύτερη ηλεκτροχημικά ενεργή επιφάνεια.
Επιπλέον, η φασματοσκοπία φωτοηλεκτρονίων ακτίνων Χ και απορρόφησης ακτίνων Χ αποκαλύπτουν ισχυρές αλληλεπιδράσεις μετάλλου-υποστρώματος μεταξύ Ir και Ta, ενώ οι υπολογισμοί της θεωρίας συναρτήσεων πυκνότητας υποδεικνύουν μεταφορά φορτίου από Ta σε Ir, η οποία προκαλεί ισχυρή σύνδεση προσροφημένων όπως το O και το OH, και διατηρεί την αναλογία Ir(III) κατά τη διάρκεια της διαδικασίας οξείδωσης OOP. Αυτό με τη σειρά του οδηγεί σε αυξημένη δραστικότητα του Ir/Ta2O5, το οποίο έχει χαμηλότερη υπέρταση 0,385 V σε σύγκριση με 0,48 V για το IrO2.
Η ομάδα απέδειξε επίσης πειραματικά την υψηλή δραστικότητα OER του καταλύτη, παρατηρώντας υπέρταση 288 ± 3,9 mV στα 10 mA cm-2 και σημαντικά υψηλή δραστικότητα μάζας Ir 876,1 ± 125,1 A g-1 στα 1,55 V στην αντίστοιχη τιμή για τον κ. Black. Στην πραγματικότητα, το Ir/Ta2O5 παρουσιάζει εξαιρετική δραστικότητα και σταθερότητα OER, η οποία επιβεβαιώθηκε περαιτέρω από περισσότερες από 120 ώρες λειτουργίας ενός κελιού του συγκροτήματος μεμβράνης-ηλεκτροδίου.
Η προτεινόμενη μέθοδος έχει το διπλό πλεονέκτημα της μείωσης του επιπέδου φορτίου Ir και της αύξησης της αποδοτικότητας των OER. «Η αυξημένη αποδοτικότητα των OER συμπληρώνει την οικονομική αποδοτικότητα της διαδικασίας PEMWE, βελτιώνοντας έτσι τη συνολική της απόδοση. Αυτό το επίτευγμα θα μπορούσε να φέρει επανάσταση στην εμπορευματοποίηση των PEMWE και να επιταχύνει την υιοθέτησή τους ως κύρια μέθοδο παραγωγής υδρογόνου», προτείνει ο αισιόδοξος καθηγητής Park.

Συνολικά, αυτή η εξέλιξη μας φέρνει πιο κοντά στην επίτευξη βιώσιμων λύσεων μεταφοράς ενέργειας από υδρογόνο και, ως εκ τούτου, στην επίτευξη ουδέτερου ισοζυγίου άνθρακα.
Σχετικά με το Ινστιτούτο Επιστήμης και Τεχνολογίας Gwangju (GIST) Το Ινστιτούτο Επιστήμης και Τεχνολογίας Gwangju (GIST) είναι ένα ερευνητικό πανεπιστήμιο που βρίσκεται στο Gwangju της Νότιας Κορέας. Το GIST ιδρύθηκε το 1993 και έχει γίνει ένα από τα πιο αναγνωρισμένα πανεπιστήμια στη Νότια Κορέα. Το πανεπιστήμιο έχει δεσμευτεί να δημιουργήσει ένα ισχυρό ερευνητικό περιβάλλον που προωθεί την ανάπτυξη της επιστήμης και της τεχνολογίας και προωθεί τη συνεργασία μεταξύ διεθνών και εγχώριων ερευνητικών έργων. Πιστό στο σύνθημα «Περήφανος Διαμορφωτής της Επιστήμης και της Τεχνολογίας του Μέλλοντος», το GIST κατατάσσεται σταθερά μεταξύ των κορυφαίων πανεπιστημίων στη Νότια Κορέα.
Σχετικά με τους Συγγραφείς Ο Δρ. Changho Park είναι καθηγητής στο Ινστιτούτο Επιστήμης και Τεχνολογίας Gwangju (GIST) από τον Αύγουστο του 2016. Πριν ενταχθεί στο GIST, διετέλεσε Αντιπρόεδρος του Samsung SDI και έλαβε μεταπτυχιακό δίπλωμα από το Samsung Electronics SAIT. Έλαβε το πτυχίο, το μεταπτυχιακό δίπλωμα και το διδακτορικό του από το Τμήμα Χημείας του Κορεατικού Ινστιτούτου Επιστήμης και Τεχνολογίας, το 1990, το 1992 και το 1995, αντίστοιχα. Η τρέχουσα έρευνά του επικεντρώνεται στην ανάπτυξη καταλυτικών υλικών για συγκροτήματα ηλεκτροδίων μεμβράνης σε κυψέλες καυσίμου και ηλεκτρόλυση χρησιμοποιώντας νανοδομημένα υποστρώματα άνθρακα και μικτών μεταλλικών οξειδίων. Έχει δημοσιεύσει 126 επιστημονικές εργασίες και έχει λάβει 227 διπλώματα ευρεσιτεχνίας στον τομέα της εξειδίκευσής του.
Ο Δρ. Chaekyong Baik είναι ερευνητής στο Κορεατικό Ινστιτούτο Επιστήμης και Τεχνολογίας (KIST). Ασχολείται με την ανάπτυξη καταλυτών PEMWE OER και MEA, με τρέχουσα εξειδίκευση σε καταλύτες και συσκευές για αντιδράσεις οξείδωσης αμμωνίας. Πριν ενταχθεί στο KIST το 2023, ο Chaekyung Baik έλαβε το διδακτορικό του στην Ενεργειακή Ολοκλήρωση από το Ινστιτούτο Επιστήμης και Τεχνολογίας Gwangju.
Η μεσοπορώδης νανοδομή ιριδίου που υποστηρίζεται από πλούσιο σε ηλεκτρόνια Ta2O5 μπορεί να ενισχύσει τη δραστικότητα και τη σταθερότητα της αντίδρασης έκλυσης οξυγόνου.
Οι συγγραφείς δηλώνουν ότι δεν έχουν γνωστά ανταγωνιστικά οικονομικά συμφέροντα ή προσωπικές σχέσεις που θα μπορούσαν να έχουν επηρεάσει την εργασία που παρουσιάζεται σε αυτό το άρθρο.
Αποποίηση ευθύνης: Η AAAS και το EurekAlert! δεν φέρουν ευθύνη για την ακρίβεια των δελτίων τύπου που δημοσιεύονται στο EurekAlert! Οποιαδήποτε χρήση πληροφοριών από συμμετέχοντα οργανισμό ή μέσω του συστήματος EurekAlert.

Αν θέλετε περισσότερες πληροφορίες, παρακαλώ στείλτε μου ένα email.
E-mail:
info@pulisichem.cn
Τηλ.:
+86-533-3149598