As nanoestruturas de iridio especialmente deseñadas e depositadas sobre óxido de tántalo mesoporoso melloran a condutividade, a actividade catalítica e a estabilidade a longo prazo.
Imaxe: Investigadores de Corea do Sur e dos Estados Unidos desenvolveron un novo catalizador de iridio cunha maior actividade de reacción de evolución de osíxeno para facilitar a electrólise rendible da auga cunha membrana de intercambio de protóns para producir hidróxeno. Máis información
As necesidades enerxéticas mundiais seguen crecendo. A enerxía do hidróxeno transportable é moi prometedora na nosa busca de solucións enerxéticas limpas e sostibles. Neste sentido, os electrolizadores de auga por membrana de intercambio de protóns (PEMWE), que converten o exceso de enerxía eléctrica en enerxía de hidróxeno transportable mediante a electrólise da auga, espertaron moito interese. Non obstante, a súa aplicación a grande escala na produción de hidróxeno segue sendo limitada debido á lenta velocidade da reacción de evolución do osíxeno (OER), un compoñente importante da electrólise, e á alta carga de catalizadores de óxido metálico caros, como o iridio (Ir) e o óxido de rutenio, nos eléctrodos. Polo tanto, o desenvolvemento de catalizadores OER rendibles e de alto rendemento é necesario para a aplicación xeneralizada dos PEMWE.

Recentemente, un equipo de investigación coreano-americano dirixido polo profesor Changho Park do Instituto de Ciencia e Tecnoloxía de Gwangju en Corea do Sur desenvolveu un novo catalizador nanoestruturado de iridio baseado en óxido de tántalo mesoporoso (Ta2O5) mediante un método mellorado de redución de ácido fórmico para lograr unha electrólise eficiente da auga PEM. A súa investigación publicouse en liña o 20 de maio de 2023 e publicarase no volume 575 do Journal of Power Sources o 15 de agosto de 2023. O estudo foi coescrito polo doutor Chaekyong Baik, investigador do Instituto Coreano de Ciencia e Tecnoloxía (KIST).
«A nanoestrutura de Ir rica en electróns está dispersa uniformemente sobre un substrato mesoporoso estable de Ta2O5 preparado mediante o método de molde brando combinado co proceso de circunferencia de etilendiamina, o que reduce eficazmente o contido de Ir dunha única batería PEMWE a 0,3 mg cm-2», explicou o profesor Park. É importante ter en conta que o deseño innovador do catalizador Ir/Ta2O5 non só mellora a utilización do Ir, senón que tamén ten unha maior condutividade e unha maior área superficial electroquimicamente activa.
Ademais, a espectroscopia de fotoelectróns de raios X e a espectroscopia de absorción de raios X revelan fortes interaccións metal-soporte entre o Ir e o Ta, mentres que os cálculos da teoría funcional da densidade indican unha transferencia de carga do Ta ao Ir, o que provoca unha forte unión de adsorbatos como o O e o OH, e mantén a proporción de Ir(III) durante o proceso de oxidación da OOP. Isto, á súa vez, resulta nun aumento da actividade do Ir/Ta2O5, que ten unha sobretensión menor de 0,385 V en comparación cos 0,48 V do IrO2.
O equipo tamén demostrou experimentalmente a alta actividade OER do catalizador, observando unha sobretensión de 288 ± 3,9 mV a 10 mA cm-2 e unha actividade másica de Ir significativamente alta de 876,1 ± 125,1 A g-1 a 1,55 V ao valor correspondente para o Sr. Black. De feito, o Ir/Ta2O5 presenta unha excelente actividade e estabilidade OER, o que se confirmou aínda máis con máis de 120 horas de funcionamento nunha soa célula do conxunto membrana-electrodo.
O método proposto ten a dobre vantaxe de reducir o nivel de carga Ir e aumentar a eficiencia do OER. «O aumento da eficiencia do OER complementa a rendibilidade do proceso PEMWE, mellorando así o seu rendemento xeral. Este logro podería revolucionar a comercialización do PEMWE e acelerar a súa adopción como método de produción de hidróxeno convencional», suxire un optimista profesor Park.

En xeral, este desenvolvemento achéganos a lograr solucións sostibles para o transporte de enerxía por hidróxeno e, polo tanto, acadar a neutralidade en carbono.
Sobre o Instituto de Ciencia e Tecnoloxía de Gwangju (GIST) O Instituto de Ciencia e Tecnoloxía de Gwangju (GIST) é unha universidade de investigación situada en Gwangju, Corea do Sur. O GIST fundouse en 1993 e converteuse nunha das escolas máis prestixiosas de Corea do Sur. A universidade está comprometida coa creación dun ambiente de investigación sólido que promova o desenvolvemento da ciencia e a tecnoloxía e a colaboración entre proxectos de investigación internacionais e nacionais. Seguindo o lema "Orgulloso formador da ciencia e a tecnoloxía do futuro", o GIST está clasificado sistematicamente entre as universidades mellor clasificadas de Corea do Sur.
Sobre os autores O Dr. Changho Park é profesor no Instituto de Ciencia e Tecnoloxía de Gwangju (GIST) desde agosto de 2016. Antes de unirse ao GIST, foi vicepresidente de Samsung SDI e obtivo un máster no Samsung Electronics SAIT. Obtivo os títulos de licenciatura, máster e doutoramento no Departamento de Química do Instituto Coreano de Ciencia e Tecnoloxía en 1990, 1992 e 1995, respectivamente. A súa investigación actual céntrase no desenvolvemento de materiais catalíticos para conxuntos de eléctrodos de membrana en pilas de combustible e electrólise utilizando soportes de carbono nanoestruturado e óxidos metálicos mixtos. Publicou 126 artigos científicos e recibiu 227 patentes no seu campo de especialización.
O Dr. Chaekyong Baik é investigador no Instituto Coreano de Ciencia e Tecnoloxía (KIST). Participa no desenvolvemento de catalizadores PEMWE OER e MEA, e actualmente céntrase en catalizadores e dispositivos para reaccións de oxidación de amoníaco. Antes de unirse a KIST en 2023, Chaekyung Baik recibiu o seu doutoramento en Integración de Enerxía no Instituto de Ciencia e Tecnoloxía de Gwangju.
A nanoestrutura de irido mesoporosa soportada por Ta2O5 rico en electróns pode mellorar a actividade e a estabilidade da reacción de evolución de osíxeno.
Os autores declaran que non teñen coñecidos conflitos de intereses financeiros nin relacións persoais que poidan parecer influír no traballo presentado neste artigo.
Aviso legal: AAAS e EurekAlert! non se responsabilizan da exactitude dos comunicados de prensa publicados en EurekAlert! Calquera uso da información por parte dunha organización participante ou a través do sistema EurekAlert.

Se queres máis información, envíame un correo electrónico.
Correo electrónico:
info@pulisichem.cn
Teléfono:
+86-533-3149598