当地荷兰石阶段诱导氧气路径机制使持久的PEM电解成为可能

科学领域:

• 材料科学 材料科学 材料科学
• 电化学 电化学 电化学
• 催化剂是一种催化剂.

背景情况:

• 质子交换膜水电解器 (PEMWE) 对绿色至关重要,但阳极中的负载是主要障碍.
• 现有的无形IrO_x催化剂面临着稳定性 (晶格氧机制) 或高超电位 (吸附物进化机制) 的局限性.
• 氧化物通路机制 (OPM) 提供了直接O-O合的潜力,但由于大Ir-Ir距离,很难在纯Iro中激活.

研究的目的:

• 开发一种新型催化剂,以促进氧化物通路机制 (OPM) 以提高质子交换膜水电解剂 (PEMWE) 的性能.
• 克服现有催化剂的局限性,通过在降低负荷的情况下实现高效的O−O合.

主要方法:

• 合成一个有孔无形 (La) IrO_x催化剂,具有局部非常规的荷兰酸盐相.
• 在催化剂的网格道中加入丰富的水分子,以影响其结构和活性.
• 催化剂结构的表征,包括Ir-Ir距离和氧化状态,并在PEMWE设置中进行评估.

主要成果:

• (La) IrO_x的独特的短距离有序结构缩短了Ir-Ir_边缘的距离,并产生了高度活跃的Ir^≥5+物种.
• 这些结构修改促进了氧化物通路机制 (OPM),从而显著提高了催化性能.
• 组装后的PEMWE显示了低电池电压 (1.62 V在1 A cm-2) 与低负载 (0.2 mg Ir cm-2) 以及超过500小时的稳定运行.

结论:

• 开发的 (La) IrO_x多孔无形催化剂有效地利用了氧化物通路机制,以有效地分裂水.
• 这种催化剂为持久且低的质子交换膜水电解剂提供了有希望的解决方案,这对于绿色生产至关重要.
• 通过在更低的负载 (0.1 mg_Ir cm^-2) 进行加速应力测试进行进一步验证,证实了其耐用性和潜在可行性.