Mecanismo de ruta de oxígeno inductor de fase holandita local que permite la electrólisis PEM duradera

Área de la Ciencia:

• Ciencia de Materiales
• Electroquímica
• Catálisis

Sus antecedentes:

• Los electrolizadores de agua de membrana de intercambio de protones (PEMWE) son cruciales para el hidrógeno verde, pero la carga de iridio en los ánodos es un obstáculo importante.
• Los catalizadores de IrO_x amorfos existentes enfrentan limitaciones de estabilidad (mecanismo de oxígeno de la red) o alto sobrepotencial (mecanismo de evolución de adsorbidos).
• El mecanismo de ruta de óxido (OPM) ofrece potencial para el acoplamiento directo de ^*O─^*O, pero es difícil de activar en IrO_x puro debido a las grandes distancias Ir-Ir.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un catalizador novedoso que facilite el mecanismo de ruta de óxido (OPM) para mejorar el rendimiento del electrolizador de agua de membrana de intercambio de protones (PEMWE).
• Superar las limitaciones de los catalizadores existentes permitiendo un acoplamiento eficiente de ^*O─^*O con una carga de iridio reducida.

Principales métodos:

• Síntesis de un catalizador amorfo poroso (La)IrO_x que presenta una fase holandita local no convencional.
• Incorporación de abundantes moléculas de agua dentro de los túneles de la red del catalizador para influir en su estructura y actividad.
• Caracterización de la estructura del catalizador, incluida la distancia Ir-Ir y los estados de oxidación, y evaluación en una configuración PEMWE.

Principales resultados:

• La estructura única de ordenamiento a corto alcance de (La)IrO_x acorta la distancia Ir-Ir_edge y genera especies Ir^≥5+ altamente activas.
• Estas modificaciones estructurales promueven el mecanismo de ruta de óxido (OPM), lo que conduce a un rendimiento catalítico significativamente mejorado.
• El PEMWE ensamblado demostró un bajo voltaje de celda (1,62 V a 1 A cm^-2) con una baja carga de iridio (0,2 mg_Ir cm^-2) y más de 500 horas de operación estable.

Conclusiones:

• El catalizador amorfo poroso (La)IrO_x desarrollado utiliza eficazmente el mecanismo de ruta de óxido para una división de agua eficiente.
• Este catalizador ofrece una solución prometedora para electrolizadores de agua de membrana de intercambio de protones duraderos y con bajo contenido de iridio, cruciales para la producción de hidrógeno verde.
• La validación adicional a través de pruebas de estrés aceleradas con una carga de iridio aún menor (0,1 mg_Ir cm^-2) confirma su durabilidad y viabilidad potencial.