L’idrogeno è stato considerato un potenziale vettore energetico al posto dei combustibili fossili, affrontando la domanda di energia e le questioni ambientali. L’elettrolisi dell’acqua con membrana a scambio protonico (PEMWE), con la sua elevata densità di energia, elevata purezza dell’idrogeno e rapida risposta del sistema, è considerata un approccio ideale e sostenibile per produrre idrogeno verde. Pertanto, potrebbe essere una soluzione efficace per mitigare l'intermittenza e la volatilità delle energie rinnovabili e favorire la loro applicazione su larga scala.
Tuttavia, la reazione di evoluzione dell'ossigeno anodico (OER) in PEMWE comporta un lento processo di trasferimento di quattro elettroni/protoni, con conseguente lenta cinetica di reazione. Inoltre, l'ambiente fortemente ossidativo e acido localizzato corroderà il catalizzatore, determinando una scarsa durabilità. Pertanto, c'è un urgente bisogno di sviluppare catalizzatori OER efficienti e stabili per promuovere l'OER verso una produzione di idrogeno ad alta efficienza ed economica tramite la scissione dell'acqua.
Recentemente, il prof. Xinbo Zhang del Changchun Institute of Applied Chemistry, Accademia cinese delle scienze, e i suoi collaboratori hanno sviluppato una serie di elettrocatalizzatori di iridio amorfo drogato con metalli ad alta valenza attraverso la sinterizzazione in un'unica fase per promuovere l'OER in mezzi acidi. Beneficiando della modulazione degli effetti geometrici ed elettronici mediante l'introduzione del drogaggio al Ta e dell'ingegneria dei difetti, il miglioramento sia dell'attività che della stabilità rispetto all'IrO2 commerciale e IrOx è stato realizzato.
I risultati sono stati pubblicati sul Chinese Journal of Catalysis .
Il drogaggio del metallo ad alta valenza è stato ottenuto attraverso un semplice processo di sinterizzazione in una sola fase, in cui la costruzione dei difetti veniva controllata regolando la temperatura di reazione. L'introduzione di droganti e difetti è vantaggiosa nel facilitare il trasferimento di carica, aumentare i siti di reazione e migliorare la reattività intrinseca dell'OER su IrOx . Allo stesso tempo, la robusta interazione della coordinazione metallo (Ta)-ossigeno migliora ulteriormente la stabilità di IrOx durante la reazione.
L'elettrocatalizzatore ottimale (350-Ta@IrOx ) mostra un'attività di massa 147,7 volte superiore (1207,4 A gIr –1 ) rispetto a quello dell'IrO2 commerciale a 1,55 V rispetto a RHE. In combinazione con i calcoli teorici, è stato rivelato che il drogaggio con Ta e l'ingegneria dei difetti favoriscono l'attacco nucleofilo delle molecole d'acqua della fase di determinazione della velocità, migliorando così l'attività catalitica e riducendo il sovrapotenziale dell'OER su IrOx .
Inoltre, non dimostra alcun degrado evidente delle prestazioni durante il test di durata di 500 ore, superando ovviamente le prestazioni del campione non drogato e dell'IrO2 commerciale. e rivendicandone il potenziale per applicazioni industriali.
Ulteriori informazioni: Ning Zhang et al, IrO amorfo drogato con metalli ad alta valenza come elettrocatalizzatore attivo e stabile per la reazione di evoluzione dell'ossigeno acido, Chinese Journal of Catalysis (2023). DOI:10.1016/S1872-2067(23)64517-6
Fornito dall'Accademia cinese delle scienze
