短距離エンジニアリングされたNdドープIrO_xは、高性能PEM水電解のための酸化物経路メカニズムを可能にする

科学分野:

• 材料科学
• 電気化学
• 触媒作用

背景:

• プロトン交換膜水電解（PEMWE）には、低イリジウム含有量の効率的なアノードが必要である。
• 従来のイリジウム系触媒は、活性と安定性のトレードオフに直面している。

研究 の 目的:

• PEMWE用のネオジムドープアモルファス酸化イリジウム（Nd-IrO_x）触媒を設計する。
• 短距離構造を精密に制御し、酸化物経路メカニズム（OPM）を活性化する。

主な方法:

• アモルファスIrO_xマトリックスへのNd³⁺の組み込み。
• 格子歪みと電子変調のためのエッジ共有[IrO₆]八面体の最適化。
• 酸性媒体中での触媒性能の特性評価。

主要な成果:

• Nd-IrO_x触媒は、10 mA cm^-2で254 mVの超低酸性酸素発生反応（OER）過電圧と520時間の安定性を示す。
• 超低Ir負荷量（0.5 mg_Ir cm^-2）のPEMWEは、DOE関連電流密度（1.9 Vで4 A cm^-2）を達成した。
• 1 A cm^-2で1000時間の顕著な安定性を示した。

結論:

• Ir系酸化物における短距離構造工学は、触媒設計のための実行可能な戦略である。
• 最適化されたNd-IrO_x触媒は、OER経路制御のための基本的な洞察を提供する。
• このアプローチは、触媒性能と寿命の向上を通じて効率的な水素生成を促進する。