Vätgas har betraktats som en potentiell energibärare istället för fossila bränslen, vilket tar itu med energiefterfrågan och miljöfrågor. Protonbytesmembranvattenelektrolys (PEMWE), med sin höga energitäthet, förhöjda vätgasrenhet och snabba systemrespons, anses vara en idealisk och hållbar metod för att producera grönt väte. Sålunda kan det vara en effektiv lösning för att mildra intermittensen och volatiliteten hos förnybar energi och gynna deras storskaliga tillämpning.
Emellertid involverar den anodiska syreutvecklingsreaktionen (OER) i PEMWE en långsam överföring av fyra elektroner/protoner, vilket resulterar i långsam reaktionskinetik. Dessutom kommer den lokala starkt oxidativa och sura miljön att korrodera katalysatorn, vilket leder till dålig hållbarhet. Därför finns det ett akut behov av att utveckla effektiva och stabila OER-katalysatorer för att öka OER mot högeffektiv och ekonomisk väteproduktion via vattenklyvning.
Nyligen har Prof. Xinbo Zhang från Changchun Institute of Applied Chemistry, Chinese Academy of Science och medarbetare utvecklat en serie högvalens metalldopade amorfa iridiumelektrokatalysatorer genom enstegssintring för att främja OER i sura medier. Dra nytta av moduleringen av geometriska och elektroniska effekter genom införandet av Ta-dopning och defektteknik, förbättringen av både aktivitet och stabilitet jämfört med den kommersiella IrO2 och IrOx förverkligades.
Resultaten publicerades i Chinese Journal of Catalysis .
Högvalent metalldopning uppnåddes genom en enkel sintringsprocess i ett steg, där konstruktionen av defekter kontrollerades genom att justera reaktionstemperaturen. Införandet av dopämnen och defekter är fördelaktigt för att underlätta laddningsöverföringen, förstärka reaktionsställena och förbättra den inneboende reaktiviteten hos OER på IrOx . Samtidigt förbättrar den robusta interaktionen av metall (Ta)-syrekoordination ytterligare stabiliteten hos IrOx under reaktionen.
Den optimala elektrokatalysatorn (350-Ta@IrOx ) uppvisar 147,7 gånger högre massaktivitet (1207,4 A gIr –1 ) än för kommersiella IrO2 vid 1,55 V vs. RHE. I kombination med de teoretiska beräkningarna avslöjades att Ta-dopning och defektteknik bidrar till den nukleofila attacken av vattenmolekyler i det hastighetsbestämmande steget, vilket ökar den katalytiska aktiviteten och minskar överpotentialen för OER på IrOx> .
Dessutom visar den ingen märkbar prestandaförsämring under 500 timmars hållbarhetstestet, vilket uppenbarligen överträffar det odopade provet och kommersiella IrO2 och hävdar dess potential för industriella tillämpningar.
Mer information: Ning Zhang et al, högvalens metalldopad amorf IrO som aktiv och stabil elektrokatalysator för sur syreutvecklingsreaktion, Chinese Journal of Catalysis (2023). DOI:10.1016/S1872-2067(23)64517-6
Tillhandahålls av Chinese Academy of Sciences
