Højvalens metal-doteret amorf IrOx som stabil elektrokatalysator til sur oxygenudviklingsreaktion

Brint er blevet betragtet som en potentiel energibærer i stedet for fossile brændstoffer, der adresserer energiefterspørgsel og miljøspørgsmål. Protonudvekslingsmembranvandelektrolyse (PEMWE) anses med sin høje energitæthed, forhøjede brintrenhed og hurtige systemrespons som en ideel og bæredygtig tilgang til fremstilling af grøn brint. Det kunne således være en effektiv løsning til at afbøde intermittensen og flygtigheden af ​​vedvarende energi og gavne deres anvendelse i stor skala.

Imidlertid involverer den anodiske oxygenudviklingsreaktion (OER) i PEMWE en langsom fire-elektron/proton-overførselsproces, hvilket resulterer i langsom reaktionskinetik. Derudover vil det lokaliserede stærkt oxidative og sure miljø korrodere katalysatoren, hvilket fører til dårlig holdbarhed. Derfor er der et presserende behov for at udvikle effektive og stabile OER-katalysatorer for at øge OER'en mod højeffektiv og økonomisk brintproduktion via vandspaltning.

For nylig har prof. Xinbo Zhang fra Changchun Institute of Applied Chemistry, Chinese Academy of Science og samarbejdspartnere udviklet en række højvalens metal-doterede amorfe iridium elektrokatalysatorer gennem et-trins sintring til at fremme OER i sure medier. Nyd godt af moduleringen af ​​geometriske og elektroniske effekter ved introduktionen af ​​Ta-doping og defektteknik, forbedring af både aktivitet og stabilitet sammenlignet med den kommercielle IrO₂ og IrO_x blev realiseret.

Resultaterne blev offentliggjort i Chinese Journal of Catalysis .

Højvalent metaldoping blev opnået gennem en ligetil et-trins sintringsproces, hvor konstruktionen af ​​defekter blev kontrolleret ved at justere reaktionstemperaturen. Introduktionen af ​​dopingmidler og defekter er fordelagtig til at lette ladningsoverførslen, forøge reaktionssteder og øge den iboende reaktivitet af OER på IrO_x . Samtidigt øger den robuste interaktion af metal (Ta)-ilt-koordination yderligere stabiliteten af ​​IrO_x under reaktionen.

Den optimale elektrokatalysator (350-Ta@IrO_x ) udviser 147,7 gange højere masseaktivitet (1207,4 A g_Ir ^–1 ) end kommerciel IrO₂ ved 1,55 V vs. RHE. Kombineret med de teoretiske beregninger blev det afsløret, at Ta-doping og defektteknik er befordrende for det nukleofile angreb af vandmolekyler i det hastighedsbestemmende trin, og derved øger den katalytiske aktivitet og reducerer overpotentialet af OER på IrO_x> .

Derudover demonstrerer den ingen mærkbar ydeevneforringelse under 500 timers holdbarhedstest, hvilket tydeligvis overgår den udopede prøve og kommercielle IrO₂ og hævder dets potentiale til industrielle anvendelser.

Flere oplysninger: Ning Zhang et al., Højvalens metal-doteret amorf IrO som aktiv og stabil elektrokatalysator for sur oxygenudviklingsreaktion, Chinese Journal of Catalysis (2023). DOI:10.1016/S1872-2067(23)64517-6

Leveret af Chinese Academy of Sciences