Co₃O₄でランタンアシストされたイリジウムの格子アンカリング,低イリジウム水溶解における効率的な酸素進化反応

科学分野:

• 材料科学
• 電気化学
• カタリシス

背景:

• 陽子交換膜水電解 (PEM-WE) は,エネルギー消費を減らすために効率的な触媒を必要とします.
• イリジウムはPEM-WE触媒の重要な成分ですが,その高いコストは,負荷を減らすための戦略を必要とします.
• 単原子触媒の現在の方法は,しばしば要求条件下で性能を制限する表面負荷をもたらします.

研究 の 目的:

• PEM-WEの性能を向上させるため,宿主物質内にイリジウムを原子的に固定する方法を開発する.
• 格子で固定されたイリジウム触媒の構造と電子性質を調査する.
• 高い活性と安定性を維持しながら,イリジウム負荷を減らすためのこれらの触媒の有効性を実証する.

主な方法:

• ランタン・ドーピングによるイオン交換が Co3O4 格子内のイリジウム原子を固定する.
• 触媒の構造,分散,調整数,酸化状態の特徴
• 陽子交換膜電解器の電化学試験

主要な成果:

• Co3O4格子の中で高分散と高酸化状態で原子的に固定されたイリジウムを達成した.
• オキシード経路メカニズム (OPM) を通じて,強化された活性 (236 mV at 10 mA cm−2) と安定性 (1000 h at 10 mA cm−2) を実証した.
• 低イリジウム負荷 (0.2 mgIr cm−2) のPEM電解器では,1.0 A cm−2で1.61 Vを達成し,1000 時間以上の安定した動作を示した.

結論:

• 宿主格子内のイリジウムを原子的に固定することは,高効率で安定したPEM-WE触媒を開発するための効果的な戦略です.
• ランタン・ドーピングによるイオン交換は このような高度な触媒の製造に有効な経路を提供します.
• このアプローチは,効率的な水電解に必要な貴金属の負荷を大幅に削減し,費用対効果の高いグリーン水素生産への道を開きます.