Mezogözenekli tantal oksit üzerine özel olarak tasarlanmış iridyum nanoyapıları, iletkenliği, katalitik aktiviteyi ve uzun vadeli kararlılığı artırır.
Resim: Güney Kore ve ABD'deki araştırmacılar, hidrojen üretmek için proton değişim membranı ile suyun uygun maliyetli elektrolizini kolaylaştırmak amacıyla, oksijen evrim reaksiyonu aktivitesini artıran yeni bir iridyum katalizörü geliştirdiler. Daha fazla bilgi edinin.
Dünyanın enerji ihtiyaçları artmaya devam ediyor. Taşınabilir hidrojen enerjisi, temiz ve sürdürülebilir enerji çözümleri arayışımızda büyük umut vaat ediyor. Bu bağlamda, fazla elektrik enerjisini su elektrolizi yoluyla taşınabilir hidrojen enerjisine dönüştüren proton değişim membranlı su elektrolizörleri (PEMWE'ler) büyük ilgi görmüştür. Bununla birlikte, elektrolizin önemli bir bileşeni olan oksijen evrim reaksiyonunun (OER) yavaş hızı ve iridyum (Ir) ve rutenyum oksit gibi pahalı metal oksit katalizörlerinin elektrotlara yüksek oranda yüklenmesinin sınırlı olması nedeniyle, hidrojen üretiminde büyük ölçekli uygulaması sınırlı kalmaktadır. Bu nedenle, PEMWE'lerin yaygın olarak kullanılabilmesi için uygun maliyetli ve yüksek performanslı OER katalizörlerinin geliştirilmesi gereklidir.

Yakın zamanda, Güney Kore'deki Gwangju Bilim ve Teknoloji Enstitüsü'nden Profesör Changho Park liderliğindeki Koreli-Amerikalı bir araştırma ekibi, PEM suyunun verimli elektrolizini sağlamak için geliştirilmiş bir formik asit indirgeme yöntemiyle mezogözenekli tantal oksit (Ta2O5) bazlı yeni bir iridyum nanoyapılı katalizör geliştirdi. Araştırmaları 20 Mayıs 2023'te çevrimiçi olarak yayınlandı ve 15 Ağustos 2023'te Journal of Power Sources dergisinin 575. cildinde yayınlanacak. Çalışmanın ortak yazarlarından biri de Kore Bilim ve Teknoloji Enstitüsü'nden (KIST) araştırmacı Dr. Chaekyong Baik'tir.
Profesör Park, “Yumuşak şablon yöntemi ve etilendiamin çevreleme işlemiyle hazırlanan kararlı mezogözenekli Ta2O5 alt tabakası üzerine elektronca zengin Ir nanoyapısı homojen bir şekilde dağıtılmıştır; bu da tek bir PEMWE pilinin Ir içeriğini etkili bir şekilde 0,3 mg cm-2'ye düşürmektedir” diye açıkladı. Ir/Ta2O5 katalizörünün yenilikçi tasarımının sadece Ir kullanımını iyileştirmekle kalmayıp, aynı zamanda daha yüksek iletkenliğe ve daha büyük elektrokimyasal olarak aktif yüzey alanına sahip olduğunu belirtmek önemlidir.
Ek olarak, X-ışını fotoelektron ve X-ışını soğurma spektroskopisi, Ir ve Ta arasında güçlü metal-destek etkileşimlerini ortaya koyarken, yoğunluk fonksiyonel teorisi hesaplamaları, Ta'dan Ir'ye yük transferini gösterir; bu da O ve OH gibi adsorbatların güçlü bağlanmasına neden olur ve OOP oksidasyon işlemi sırasında Ir(III) oranını korur. Bu da, IrO2 için 0,48 V'ye kıyasla 0,385 V'lik daha düşük bir aşırı gerilime sahip olan Ir/Ta2O5'in aktivitesinin artmasına yol açar.
Ekip ayrıca, katalizörün yüksek OER aktivitesini deneysel olarak göstererek, 10 mA cm-2'de 288 ± 3,9 mV'lik bir aşırı gerilim ve 1,55 V'de 876,1 ± 125,1 A g-1'lik önemli ölçüde yüksek bir Ir kütle aktivitesi gözlemledi (Bay Black için karşılık gelen değere kıyasla). Aslında, Ir/Ta2O5 mükemmel OER aktivitesi ve kararlılığı sergilemektedir; bu durum, membran-elektrot düzeneğinin 120 saatten fazla tek hücreli çalışmasıyla da doğrulanmıştır.
Önerilen yöntem, yük seviyesi Ir'yi azaltmanın ve OER verimliliğini artırmanın ikili avantajına sahiptir. Profesör Park iyimser bir şekilde, "OER'nin artan verimliliği, PEMWE sürecinin maliyet verimliliğini tamamlayarak genel performansını iyileştiriyor. Bu başarı, PEMWE'nin ticarileştirilmesinde devrim yaratabilir ve ana akım bir hidrojen üretim yöntemi olarak benimsenmesini hızlandırabilir" diyor.

Genel olarak, bu gelişme bizi sürdürülebilir hidrojen enerjisiyle çalışan ulaşım çözümlerine ve dolayısıyla karbon nötr statüsüne ulaşmaya daha da yaklaştırıyor.
Gwangju Bilim ve Teknoloji Enstitüsü (GIST) Hakkında Gwangju Bilim ve Teknoloji Enstitüsü (GIST), Güney Kore'nin Gwangju şehrinde bulunan bir araştırma üniversitesidir. 1993 yılında kurulan GIST, Güney Kore'nin en prestijli okullarından biri haline gelmiştir. Üniversite, bilim ve teknolojinin gelişimini destekleyen ve uluslararası ve yerel araştırma projeleri arasında işbirliğini teşvik eden güçlü bir araştırma ortamı yaratmaya kendini adamıştır. "Geleceğin Bilim ve Teknolojisinin Gururlu Şekillendiricisi" sloganına bağlı kalan GIST, Güney Kore'nin en üst sıralarında yer alan üniversiteler arasında sürekli olarak yer almaktadır.
Yazarlar Hakkında: Dr. Changho Park, Ağustos 2016'dan beri Gwangju Bilim ve Teknoloji Enstitüsü'nde (GIST) profesör olarak görev yapmaktadır. GIST'e katılmadan önce Samsung SDI'da Başkan Yardımcısı olarak görev yapmış ve Samsung Electronics SAIT'ten yüksek lisans derecesi almıştır. Lisans, yüksek lisans ve doktora derecelerini sırasıyla 1990, 1992 ve 1995 yıllarında Kore Bilim ve Teknoloji Enstitüsü Kimya Bölümü'nden almıştır. Mevcut araştırmaları, nanoyapılı karbon ve karışık metal oksit destekleri kullanarak yakıt hücrelerinde ve elektrolizde membran elektrot düzenekleri için katalitik malzemelerin geliştirilmesine odaklanmaktadır. Uzmanlık alanında 126 bilimsel makale yayınlamış ve 227 patent almıştır.
Dr. Chaekyong Baik, Kore Bilim ve Teknoloji Enstitüsü'nde (KIST) araştırmacı olarak görev yapmaktadır. PEMWE OER ve MEA katalizörlerinin geliştirilmesinde yer almakta olup, şu anda amonyak oksidasyon reaksiyonları için katalizörler ve cihazlar üzerine yoğunlaşmaktadır. 2023 yılında KIST'e katılmadan önce, Chaekyung Baik, Gwangju Bilim ve Teknoloji Enstitüsü'nden Enerji Entegrasyonu alanında doktora derecesi almıştır.
Elektronca zengin Ta2O5 tarafından desteklenen mezogözenekli irid nanoyapısı, oksijen evrimi reaksiyonunun aktivitesini ve kararlılığını artırabilir.
Yazarlar, bu makalede sunulan çalışmayı etkilemiş olabilecek bilinen herhangi bir çıkar çatışması veya kişisel ilişkiye sahip olmadıklarını beyan ederler.
Yasal Uyarı: AAAS ve EurekAlert!, EurekAlert!'te yayınlanan basın bültenlerinin doğruluğundan sorumlu değildir. Katılımcı kuruluşlar tarafından veya EurekAlert sistemi aracılığıyla bilgilerin herhangi bir şekilde kullanılması da bu kapsamdadır.

Daha fazla bilgi almak isterseniz lütfen bana e-posta gönderin.
E-posta:
info@pulisichem.cn
Tel:
+86-533-3149598