Speciaal ontworpen iridium-nanostructuren, afgezet op mesoporeus tantaaloxide, verbeteren de geleidbaarheid, de katalytische activiteit en de stabiliteit op lange termijn.
Afbeelding: Onderzoekers in Zuid-Korea en de VS hebben een nieuwe iridiumkatalysator ontwikkeld met een verhoogde activiteit voor de zuurstofontwikkelingsreactie. Deze katalysator maakt kosteneffectieve elektrolyse van water met een protonenuitwisselingsmembraan mogelijk, waarmee waterstof kan worden geproduceerd. Lees meer
De energiebehoefte van de wereld blijft groeien. Transporteerbare waterstofenergie biedt grote mogelijkheden in onze zoektocht naar schone en duurzame energieoplossingen. In dit verband hebben protonuitwisselingsmembraanwaterelektrolysers (PEMWE's), die overtollige elektrische energie omzetten in transporteerbare waterstofenergie door middel van waterelektrolyse, veel belangstelling gewekt. De grootschalige toepassing ervan in waterstofproductie blijft echter beperkt door de trage reactiesnelheid van de zuurstofevolutiereactie (OER), een belangrijk onderdeel van elektrolyse, en de hoge belasting van dure metaaloxidekatalysatoren zoals iridium (Ir) en rutheniumoxide in de elektroden. Daarom is de ontwikkeling van kosteneffectieve en hoogwaardige OER-katalysatoren noodzakelijk voor de wijdverspreide toepassing van PEMWE's.

Onlangs heeft een Koreaans-Amerikaans onderzoeksteam onder leiding van professor Changho Park van het Gwangju Institute of Science and Technology in Zuid-Korea een nieuwe iridium-nanogestructureerde katalysator ontwikkeld op basis van mesoporeus tantaaloxide (Ta2O5). Dit werd bereikt door middel van een verbeterde reductiemethode met mierenzuur, waarmee efficiënte elektrolyse van PEM-water mogelijk werd. Hun onderzoek werd online gepubliceerd op 20 mei 2023 en zal op 15 augustus 2023 verschijnen in volume 575 van het Journal of Power Sources. Medeauteur van de studie is dr. Chaekyong Baik, onderzoeker aan het Korea Institute of Science and Technology (KIST).
"De elektronenrijke Ir-nanostructuur is uniform verdeeld over een stabiel mesoporeus Ta2O5-substraat, bereid met behulp van de soft template-methode in combinatie met het ethylenediamine-omhullingsproces. Dit reduceert het Ir-gehalte van een enkele PEMWE-batterij effectief tot 0,3 mg cm-2", legt professor Park uit. Het is belangrijk op te merken dat het innovatieve ontwerp van de Ir/Ta2O5-katalysator niet alleen de Ir-benutting verbetert, maar ook een hogere geleidbaarheid en een groter elektrochemisch actief oppervlak heeft.
Bovendien onthullen röntgenfoto-elektronen- en röntgenabsorptiespectroscopie sterke metaal-dragerinteracties tussen Ir en Ta, terwijl dichtheidsfunctionaaltheorieberekeningen wijzen op ladingsoverdracht van Ta naar Ir, wat leidt tot een sterke binding van adsorptiemiddelen zoals O en OH, en de Ir(III)-verhouding handhaaft tijdens het OOP-oxidatieproces. Dit resulteert op zijn beurt in een verhoogde activiteit van Ir/Ta2O5, dat een lagere overspanning heeft van 0,385 V vergeleken met 0,48 V voor IrO2.
Het team demonstreerde experimenteel ook de hoge OER-activiteit van de katalysator, waarbij een overspanning van 288 ± 3,9 mV bij 10 mA cm⁻² en een significant hoge Ir-massa-activiteit van 876,1 ± 125,1 A g⁻¹ bij 1,55 V werden waargenomen, overeenkomend met de waarde voor de heer Black. Ir/Ta₂O₅ vertoont namelijk een uitstekende OER-activiteit en stabiliteit, wat verder werd bevestigd door meer dan 120 uur werking van de membraan-elektrode-assemblage in een enkele cel.
De voorgestelde methode heeft het dubbele voordeel dat het belastingniveau Ir wordt verlaagd en de efficiëntie van OER wordt verhoogd. "De verhoogde efficiëntie van OER vult de kostenefficiëntie van het PEMWE-proces aan, waardoor de algehele prestaties verbeteren. Deze prestatie zou een revolutie teweeg kunnen brengen in de commercialisering van PEMWE en de acceptatie ervan als gangbare waterstofproductiemethode kunnen versnellen", aldus een optimistische professor Park.

Al met al brengt deze ontwikkeling ons dichter bij het realiseren van duurzame waterstofenergieoplossingen voor transport en daarmee bij het bereiken van een CO2-neutrale status.
Over het Gwangju Institute of Science and Technology (GIST) Het Gwangju Institute of Science and Technology (GIST) is een onderzoeksuniversiteit gevestigd in Gwangju, Zuid-Korea. GIST werd opgericht in 1993 en is uitgegroeid tot een van de meest prestigieuze instellingen in Zuid-Korea. De universiteit streeft ernaar een sterke onderzoeksomgeving te creëren die de ontwikkeling van wetenschap en technologie bevordert en de samenwerking tussen internationale en nationale onderzoeksprojecten stimuleert. Trouw aan het motto "Trots vormgever van de wetenschap en technologie van de toekomst" behoort GIST consistent tot de topuniversiteiten van Zuid-Korea.
Over de auteurs Dr. Changho Park is sinds augustus 2016 hoogleraar aan het Gwangju Institute of Science and Technology (GIST). Voordat hij bij GIST kwam, was hij vicepresident van Samsung SDI en behaalde hij een masterdiploma aan Samsung Electronics SAIT. Hij behaalde zijn bachelor-, master- en doctoraatstitel aan de afdeling Scheikunde van het Korea Institute of Science and Technology in respectievelijk 1990, 1992 en 1995. Zijn huidige onderzoek richt zich op de ontwikkeling van katalytische materialen voor membraanelektrode-assemblages in brandstofcellen en elektrolyse met behulp van nanogestructureerde koolstof en gemengde metaaloxide-dragers. Hij heeft 126 wetenschappelijke artikelen gepubliceerd en 227 patenten verkregen op zijn vakgebied.
Dr. Chaekyong Baik is onderzoeker bij het Korea Institute of Science and Technology (KIST). Hij is betrokken bij de ontwikkeling van PEMWE OER- en MEA-katalysatoren, met een huidige focus op katalysatoren en apparaten voor ammoniakoxidatiereacties. Voordat hij in 2023 bij KIST kwam, promoveerde Chaekyung Baik in energie-integratie aan het Gwangju Institute of Science and Technology.
De mesoporeuze iride-nanostructuur, ondersteund door elektronenrijk Ta2O5, kan de activiteit en stabiliteit van de zuurstofontwikkelingsreactie verbeteren.
De auteurs verklaren dat zij geen bekende tegenstrijdige financiële belangen of persoonlijke relaties hebben die de in dit artikel gepresenteerde werkzaamheden zouden kunnen hebben beïnvloed.
Disclaimer: AAAS en EurekAlert! zijn niet verantwoordelijk voor de juistheid van persberichten die op EurekAlert! worden gepubliceerd. Elk gebruik van informatie door een deelnemende organisatie of via het EurekAlert-systeem.

Als u meer informatie wilt, kunt u mij een e-mail sturen.
E-mail:
info@pulisichem.cn
Tel:
+86-533-3149598