Мезокеуекті тантал оксидіне тұндырылған арнайы жасалған иридий наноқұрылымдары өткізгіштікті, каталитикалық белсенділікті және ұзақ мерзімді тұрақтылықты арттырады.
Сурет: Оңтүстік Корея мен АҚШ зерттеушілері сутегін алу үшін протон алмасу мембранасы бар судың тиімді электролизін жеңілдету үшін оттегінің бөліну реакциясының белсенділігі жоғары жаңа иридий катализаторын жасап шығарды. Толығырақ біліңіз
Әлемнің энергияға деген қажеттілігі артып келеді. Тасымалданатын сутегі энергиясы таза және тұрақты энергия шешімдерін іздеуде үлкен үміт күттіреді. Осыған байланысты, артық электр энергиясын су электролизі арқылы тасымалданатын сутегі энергиясына айналдыратын протон алмасу мембраналық су электролизерлері (PEMWE) үлкен қызығушылық тудырды. Дегенмен, электролиздің маңызды құрамдас бөлігі болып табылатын оттегінің бөліну реакциясының (OER) баяу жылдамдығына және электродтарға иридий (Ir) және рутений оксиді сияқты қымбат металл оксиді катализаторларының көп мөлшерде түсуіне байланысты оны сутегі өндірісінде кең көлемде қолдану шектеулі болып қала береді. Сондықтан, PEMWE кеңінен қолдану үшін үнемді және жоғары өнімді OER катализаторларын әзірлеу қажет.

Жақында Оңтүстік Кореядағы Кванджу ғылым және технология институтының профессоры Чанхо Парк бастаған кореялық-американдық зерттеу тобы ПЭМ суының тиімді электролизіне қол жеткізу үшін жетілдірілген құмырсқа қышқылын тотықсыздандыру әдісі арқылы мезокеуекті тантал оксидіне (Ta2O5) негізделген жаңа иридий наноқұрылымды катализаторын жасап шығарды. Олардың зерттеуі 2023 жылдың 20 мамырында онлайн режимінде жарияланды және 2023 жылдың 15 тамызында Journal of Power Sources журналының 575-томында жарияланады. Зерттеудің бірлескен авторы - Корея ғылым және технология институтының (KIST) зерттеушісі доктор Чаекён Байк.
«Электронға бай Ir наноқұрылымы этилендиаминді қоршаған процесспен біріктірілген жұмсақ шаблон әдісімен дайындалған тұрақты мезокеуекті Ta2O5 субстратында біркелкі таралады, бұл бір PEMWE батареясының Ir мөлшерін 0,3 мг см-2-ге дейін тиімді түрде төмендетеді», - деп түсіндірді профессор Парк. Ir/Ta2O5 катализаторының инновациялық дизайны Ir пайдалануды жақсартып қана қоймай, сонымен қатар жоғары өткізгіштікке және электрохимиялық белсенді бетінің үлкенірек ауданына ие екенін атап өту маңызды.
Сонымен қатар, рентгендік фотоэлектрондық және рентгендік жұтылу спектроскопиясы Ir мен Ta арасындағы күшті металл тірек өзара әрекеттесулерін көрсетеді, ал тығыздық функционалдық теориясының есептеулері Ta-дан Ir-ге зарядтың ауысуын көрсетеді, бұл O және OH сияқты адсорбаттардың күшті байланысуын тудырады және OOP тотығу процесі кезінде Ir(III) қатынасын сақтайды. Бұл өз кезегінде IrO2 үшін 0,48 В-пен салыстырғанда 0,385 В төмен асқын кернеуге ие Ir/Ta2O5 белсенділігінің жоғарылауына әкеледі.
Сондай-ақ, топ катализатордың жоғары OER белсенділігін тәжірибе жүзінде көрсетті, 10 мА см-2 кезінде 288 ± 3,9 мВ асқын кернеуді және Блэк мырза үшін 1,55 В кезінде сәйкес мәнге дейін 876,1 ± 125,1 А g-1 айтарлықтай жоғары Ir массалық белсенділігін бақылады. Шын мәнінде, Ir/Ta2O5 тамаша OER белсенділігі мен тұрақтылығын көрсетеді, бұл мембраналық-электродты жинақтың 120 сағаттан астам бір ұяшықты жұмысымен расталды.
Ұсынылған әдістің Ir жүктеме деңгейін төмендету және OER тиімділігін арттыру сияқты қос артықшылығы бар. «OER тиімділігінің артуы PEMWE процесінің шығындар тиімділігін толықтырады, осылайша оның жалпы өнімділігін жақсартады. Бұл жетістік PEMWE-нің коммерциялануын төңкеріске айналдырып, оны негізгі сутегі өндірісі әдісі ретінде қабылдауды жеделдетуі мүмкін», - деп болжайды оптимистік профессор Парк.

Жалпы алғанда, бұл даму бізді тұрақты сутегі энергиясын тасымалдау шешімдеріне қол жеткізуге және осылайша көміртегі бейтарап мәртебесіне қол жеткізуге жақындатады.
Кванджу ғылым және технология институты (GIST) туралы Кванджу ғылым және технология институты (GIST) - Оңтүстік Кореяның Кванджу қаласында орналасқан зерттеу университеті. GIST 1993 жылы құрылған және Оңтүстік Кореядағы ең беделді оқу орындарының біріне айналды. Университет ғылым мен технологияның дамуына ықпал ететін және халықаралық және отандық зерттеу жобалары арасындағы ынтымақтастықты ілгерілететін күшті зерттеу ортасын құруға міндеттенеді. «Болашақтың ғылымы мен технологиясының мақтанышты қалыптастырушысы» ұранына сүйене отырып, GIST Оңтүстік Кореядағы ең жоғары рейтингі бар университеттердің қатарына үнемі кіреді.
Авторлар туралы Доктор Чанхо Парк 2016 жылдың тамыз айынан бастап Кванджу ғылым және технология институтында (GIST) профессор болып жұмыс істейді. GIST-ке келгенге дейін ол Samsung SDI вице-президенті қызметін атқарды және Samsung Electronics SAIT-тен магистр дәрежесін алды. Ол бакалавр, магистр және докторлық дәрежелерін тиісінше 1990, 1992 және 1995 жылдары Корея ғылым және технология институтының химия кафедрасынан алды. Оның қазіргі зерттеулері отын элементтеріндегі мембраналық электрод құрастырмаларына және наноқұрылымды көміртегі мен аралас металл оксиді тіректерін пайдалана отырып электролизге арналған каталитикалық материалдарды әзірлеуге бағытталған. Ол өз саласында 126 ғылыми мақала жариялады және 227 патент алды.
Доктор Чаекён Байк - Корея ғылым және технология институтының (KIST) зерттеушісі. Ол PEMWE OER және MEA катализаторларын әзірлеуге қатысады, қазіргі уақытта аммиак тотығу реакцияларына арналған катализаторлар мен құрылғыларға баса назар аударады. 2023 жылы KIST-ке қосылмас бұрын Чаекён Байк Кванджу ғылым және технология институтында энергетикалық интеграция бойынша PhD дәрежесін алды.
Электронға бай Ta2O5 қолдайтын мезокеуекті ирид наноқұрылымы оттегінің бөліну реакциясының белсенділігі мен тұрақтылығын арттыра алады.
Авторлар осы мақалада ұсынылған жұмысқа әсер етуі мүмкін бәсекелес қаржылық мүдделері немесе жеке қарым-қатынастары жоқ екенін мәлімдейді.
Ескерту: AAAS және EurekAlert! EurekAlert сайтында жарияланған баспасөз хабарламаларының дәлдігіне жауапты емес! Қатысушы ұйымның немесе EurekAlert жүйесі арқылы ақпаратты кез келген жолмен пайдалануы.

Қосымша ақпарат алғыңыз келсе, маған электрондық пошта жіберіңіз.
Электрондық пошта:
info@pulisichem.cn
Тел:
+86-533-3149598