太陽光水分分割装置のための水素進化反応と酸素進化反応電触媒のベンチマーク

科学分野:

• 電気化学と材料科学について
• 再生可能エネルギーとカタリシス

背景:

• 効率的な太陽光燃料装置の開発には,電気触媒の客観的な評価が不可欠です.
• 電気触媒の活性と安定性を比較するために,標準化された試験プロトコルが必要です.

研究 の 目的:

• 18の水素進化反応 (HER) と26の酸素進化反応 (OER) の電触媒をスクリーニングする.
• 太陽光水分裂に関連する条件下で,触媒活性,短期安定性,および電気化学活性表面積 (ECSA) を評価する.
• 統合された太陽光燃料アプリケーションのための有望な電気触媒を特定する.

主な方法:

• 電気触媒の初等スクリーニングには標準プロトコルを使用しました.
• 測定には,10 mA cm−2 の電流密度での超電位,ECSA,および特異活性が含まれています.
• 二次的なスクリーニングには,ファラダイの効率と,選択された触媒の拡張された安定性試験が含まれていました.

主要な成果:

• いくつかのHER触媒は,酸性およびアルカリ性溶液の両方で10 mA cm−2で低過剰ポテンシャル (<0.1 V) を達成しました.
• 酸性溶液では,高貴でないOER触媒は有望な活性を示さなかったが,アルカリ性溶液では,多くのOER触媒は貴金属に匹敵する性能を示した.
• OER触媒は,一般的に,アルカリ媒体のIrとRuよりもECSAあたりのより高い特異活性を示したが,HER触媒はPt.よりも低い特異活性を示した.

結論:

• この研究は,太陽光水分解のための電解剤の評価のための包括的なデータセットを提供します.
• 非貴金属のOER触媒は,アルカリ的環境では有効ですが,このアプリケーションでは酸性環境では有効ではありません.
• 特にプラチナと比較して,高度に活性で安定したHER電解剤については,さらなる開発が必要である.