Các cấu trúc nano iridi được thiết kế đặc biệt và lắng đọng trên oxit tantali xốp giúp tăng cường độ dẫn điện, hoạt tính xúc tác và độ ổn định lâu dài.
Hình ảnh: Các nhà nghiên cứu tại Hàn Quốc và Hoa Kỳ đã phát triển một chất xúc tác iridi mới với hoạt tính phản ứng tạo ra oxy được tăng cường để tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình điện phân nước tiết kiệm chi phí với màng trao đổi proton nhằm sản xuất hydro. Tìm hiểu thêm
Nhu cầu năng lượng của thế giới tiếp tục tăng. Năng lượng hydro vận chuyển được hứa hẹn rất lớn trong việc tìm kiếm các giải pháp năng lượng sạch và bền vững. Về vấn đề này, máy điện phân nước màng trao đổi proton (PEMWE), chuyển đổi năng lượng điện dư thừa thành năng lượng hydro vận chuyển được thông qua quá trình điện phân nước, đã thu hút nhiều sự quan tâm. Tuy nhiên, việc ứng dụng quy mô lớn của nó trong sản xuất hydro vẫn còn hạn chế do tốc độ phản ứng tạo oxy (OER) chậm, một thành phần quan trọng của quá trình điện phân, và việc sử dụng lượng lớn chất xúc tác oxit kim loại đắt tiền như iridi (Ir) và rutheni oxit trong điện cực bị hạn chế. Do đó, việc phát triển các chất xúc tác OER hiệu quả về chi phí và hiệu suất cao là cần thiết cho việc ứng dụng rộng rãi PEMWE.

Gần đây, một nhóm nghiên cứu Hàn Quốc-Mỹ do Giáo sư Changho Park từ Viện Khoa học và Công nghệ Gwangju (Hàn Quốc) dẫn đầu đã phát triển một chất xúc tác nano iridi mới dựa trên oxit tantali xốp (Ta2O5) thông qua phương pháp khử axit formic được cải tiến để đạt được hiệu quả điện phân nước PEM. Nghiên cứu của họ đã được công bố trực tuyến vào ngày 20 tháng 5 năm 2023 và sẽ được xuất bản trong Tập 575 của Tạp chí Nguồn năng lượng vào ngày 15 tháng 8 năm 2023. Đồng tác giả của nghiên cứu này là Tiến sĩ Chaekyong Baik, một nhà nghiên cứu tại Viện Khoa học và Công nghệ Hàn Quốc (KIST).
“Cấu trúc nano Ir giàu electron được phân tán đồng đều trên chất nền Ta2O5 xốp ổn định được điều chế bằng phương pháp khuôn mềm kết hợp với quy trình bao quanh ethylenediamine, giúp giảm hiệu quả hàm lượng Ir trong một pin PEMWE xuống còn 0,3 mg cm-2,” Giáo sư Park giải thích. Điều quan trọng cần lưu ý là thiết kế cải tiến của chất xúc tác Ir/Ta2O5 không chỉ cải thiện khả năng sử dụng Ir mà còn có độ dẫn điện cao hơn và diện tích bề mặt hoạt động điện hóa lớn hơn.
Ngoài ra, quang phổ điện tử tia X và quang phổ hấp thụ tia X cho thấy tương tác mạnh giữa kim loại và chất nền giữa Ir và Ta, trong khi các tính toán lý thuyết hàm mật độ chỉ ra sự chuyển giao điện tích từ Ta sang Ir, gây ra sự liên kết mạnh mẽ của các chất hấp phụ như O và OH, và duy trì tỷ lệ Ir(III) trong quá trình oxy hóa OOP. Điều này dẫn đến hoạt tính tăng lên của Ir/Ta2O5, có điện áp quá mức thấp hơn là 0,385 V so với 0,48 V của IrO2.
Nhóm nghiên cứu cũng đã chứng minh thực nghiệm hoạt tính OER cao của chất xúc tác, quan sát thấy điện áp quá mức là 288 ± 3,9 mV ở 10 mA cm-2 và hoạt tính khối lượng Ir cao đáng kể là 876,1 ± 125,1 A g-1 ở 1,55 V, tương ứng với giá trị của ông Black. Trên thực tế, Ir/Ta2O5 thể hiện hoạt tính và độ ổn định OER tuyệt vời, điều này được xác nhận thêm bằng hơn 120 giờ hoạt động của cụm điện cực màng trong một tế bào duy nhất.
Phương pháp đề xuất có ưu điểm kép là giảm mức tải Ir và tăng hiệu quả của phản ứng oxy hóa nước (OER). “Hiệu quả OER tăng lên sẽ bổ sung cho hiệu quả chi phí của quy trình PEMWE, từ đó cải thiện hiệu suất tổng thể. Thành tựu này có thể cách mạng hóa việc thương mại hóa PEMWE và đẩy nhanh việc áp dụng nó như một phương pháp sản xuất hydro chính thống”, Giáo sư Park lạc quan nhận định.

Nhìn chung, sự phát triển này đưa chúng ta đến gần hơn với việc đạt được các giải pháp vận tải năng lượng hydro bền vững và do đó đạt được trạng thái trung hòa carbon.
Giới thiệu về Viện Khoa học và Công nghệ Gwangju (GIST) Viện Khoa học và Công nghệ Gwangju (GIST) là một trường đại học nghiên cứu tọa lạc tại thành phố Gwangju, Hàn Quốc. Được thành lập vào năm 1993, GIST đã trở thành một trong những trường đại học danh tiếng nhất tại Hàn Quốc. Trường cam kết tạo ra một môi trường nghiên cứu mạnh mẽ, thúc đẩy sự phát triển của khoa học và công nghệ, đồng thời khuyến khích sự hợp tác giữa các dự án nghiên cứu trong và ngoài nước. Tuân thủ phương châm “Tự hào là người kiến ​​tạo khoa học và công nghệ của tương lai”, GIST luôn nằm trong số các trường đại học hàng đầu tại Hàn Quốc.
Giới thiệu về các tác giả: Tiến sĩ Changho Park là giáo sư tại Viện Khoa học và Công nghệ Gwangju (GIST) từ tháng 8 năm 2016. Trước khi gia nhập GIST, ông từng giữ chức Phó Chủ tịch của Samsung SDI và nhận bằng Thạc sĩ từ Samsung Electronics SAIT. Ông nhận bằng cử nhân, thạc sĩ và tiến sĩ từ Khoa Hóa học, Viện Khoa học và Công nghệ Hàn Quốc lần lượt vào năm 1990, 1992 và 1995. Nghiên cứu hiện tại của ông tập trung vào việc phát triển vật liệu xúc tác cho các cụm điện cực màng trong pin nhiên liệu và điện phân sử dụng chất nền carbon cấu trúc nano và oxit kim loại hỗn hợp. Ông đã công bố 126 bài báo khoa học và nhận được 227 bằng sáng chế trong lĩnh vực chuyên môn của mình.
Tiến sĩ Chaekyong Baik là nhà nghiên cứu tại Viện Khoa học và Công nghệ Hàn Quốc (KIST). Ông tham gia vào việc phát triển các chất xúc tác PEMWE OER và MEA, hiện đang tập trung vào các chất xúc tác và thiết bị cho phản ứng oxy hóa amoniac. Trước khi gia nhập KIST vào năm 2023, Tiến sĩ Chaekyong Baik đã nhận bằng Tiến sĩ về Tích hợp Năng lượng từ Viện Khoa học và Công nghệ Gwangju.
Cấu trúc nano iride xốp được hỗ trợ bởi Ta2O5 giàu electron có thể tăng cường hoạt tính và độ ổn định của phản ứng tạo oxy.
Các tác giả tuyên bố rằng họ không có bất kỳ xung đột lợi ích tài chính hoặc mối quan hệ cá nhân nào có thể gây ảnh hưởng đến công trình nghiên cứu được trình bày trong bài báo này.
Tuyên bố miễn trừ trách nhiệm: AAAS và EurekAlert! không chịu trách nhiệm về tính chính xác của các thông cáo báo chí được đăng tải trên EurekAlert! Bất kỳ việc sử dụng thông tin nào bởi một tổ chức tham gia hoặc thông qua hệ thống EurekAlert.

Nếu bạn cần thêm thông tin, vui lòng gửi email cho tôi.
E-mail:
info@pulisichem.cn
Điện thoại:
+86-533-3149598