ננו-מבנים של אירידיום שתוכננו במיוחד המופקדים על תחמוצת טנטלום מזופורית משפרים את המוליכות, הפעילות הקטליטית והיציבות לטווח ארוך.
תמונה: חוקרים בדרום קוריאה ובארה"ב פיתחו זרז אירידיום חדש עם פעילות תגובה מוגברת של התפתחות חמצן כדי להקל על אלקטרוליזה חסכונית של מים באמצעות קרום חילוף פרוטונים לייצור מימן. למידע נוסף
צורכי האנרגיה העולמיים ממשיכים לגדול. אנרגיית מימן ניידת טומנת בחובה פוטנציאל גדול בחיפושנו אחר פתרונות אנרגיה נקיים וברי קיימא. בהקשר זה, אלקטרוליזרים במים באמצעות ממברנת חילוף פרוטונים (PEMWE), אשר ממירים אנרגיה חשמלית עודפת לאנרגיית מימן ניידת באמצעות אלקטרוליזה במים, משכו עניין רב. עם זאת, יישומם בקנה מידה גדול בייצור מימן נותר מוגבל בשל קצב תגובת התפתחות החמצן (OER) האיטי, מרכיב חשוב באלקטרוליזה, והעומס הגבוה של זרזים יקרים לתחמוצת מתכת כמו אירידיום (Ir) ותחמוצת רותניום לתוך האלקטרודות מוגבל. לכן, פיתוח זרזים OER חסכוניים ובעלי ביצועים גבוהים נחוץ ליישום נרחב של PEMWE.

לאחרונה, צוות מחקר קוריאני-אמריקאי בראשות פרופסור צ'אנגהו פארק ממכון גוואנגג'ו למדע וטכנולוגיה בדרום קוריאה פיתח זרז ננו-מבנה חדש של אירידיום המבוסס על תחמוצת טנטלום מזופורית (Ta2O5) באמצעות שיטת חיזור משופרת של חומצה פורמית כדי להשיג אלקטרוליזה יעילה של מי PEM. מחקרם פורסם באינטרנט ב-20 במאי 2023, ויפורסם בכרך 575 של כתב העת Journal of Power Sources ב-15 באוגוסט 2023. את המחקר כתב במשותף ד"ר צ'אקיונג באיק, חוקר במכון הקוריאני למדע וטכנולוגיה (KIST).
"ננו-מבנה האינפרא אדום העשיר באלקטרונים מפוזר באופן אחיד על מצע Ta2O5 מזופורי יציב שהוכן בשיטת התבנית הרכה בשילוב עם תהליך המקיפה של אתילן-דיאמין, אשר מפחית ביעילות את תכולת האינפרא אדום של סוללת PEMWE בודדת ל-0.3 מ"ג סמ"ר", הסביר פרופסור פארק. חשוב לציין כי העיצוב החדשני של זרז האינפרא אדום/Ta2O5 לא רק משפר את ניצול האינפרא אדום, אלא גם בעל מוליכות גבוהה יותר ושטח פנים פעיל אלקטרוכימית גדול יותר.
בנוסף, ספקטרוסקופיית פוטואלקטרונים וספקטרוסקופיית בליעת קרני רנטגן מגלות אינטראקציות חזקות בין מתכת לתמיכה בין Ir ו-Ta, בעוד שחישובי תורת פונקציונל הצפיפות מצביעים על העברת מטען מ-Ta ל-Ir, מה שגורם לקשירה חזקה של אדסורבטים כמו O ו-OH, ושומר על יחס Ir(III) במהלך תהליך חמצון OOP. דבר זה בתורו מביא לעלייה בפעילות של Ir/Ta2O5, אשר לו מתח יתר נמוך יותר של 0.385 וולט בהשוואה ל-0.48 וולט עבור IrO2.
הצוות הדגים בניסוי גם את פעילות ה-OER הגבוהה של הזרז, תוך התבוננות במתח יתר של 288 ± 3.9 mV ב-10 mA cm-2 ובפעילות מסת Ir גבוהה משמעותית של 876.1 ± 125.1 A g-1 ב-1.55 V לערך המתאים עבור מר בלאק. למעשה, Ir/Ta2O5 מציג פעילות ויציבות OER מצוינות, אשר אושרו עוד יותר על ידי יותר מ-120 שעות של פעולה בתא בודד של מכלול הממברנה-אלקטרודה.
לשיטה המוצעת יתרון כפול של הפחתת רמת העומס Ir והגברת יעילות ה-OER. "היעילות המוגברת של OER משלימה את יעילות העלויות של תהליך PEMWE, ובכך משפרת את הביצועים הכוללים שלו. הישג זה יכול לחולל מהפכה במסחור PEMWE ולהאיץ את אימוצו כשיטת ייצור מימן מרכזית", מציע פרופסור פארק האופטימי.

בסך הכל, פיתוח זה מקרב אותנו להשגת פתרונות בני קיימא להובלת אנרגיה מימנית ובכך להשגת מעמד ניטרלי של פחמן.
אודות מכון גוואנגג'ו למדע וטכנולוגיה (GIST) מכון גוואנגג'ו למדע וטכנולוגיה (GIST) הוא אוניברסיטת מחקר הממוקמת בגוואנגג'ו, דרום קוריאה. GIST נוסד בשנת 1993 והפך לאחד מבתי הספר היוקרתיים ביותר בדרום קוריאה. האוניברסיטה מחויבת ליצירת סביבת מחקר חזקה המקדמת פיתוח מדע וטכנולוגיה ומקדמת שיתוף פעולה בין פרויקטים מחקריים בינלאומיים ומקומיים. מתוך דבקות במוטו "מעצב גאה של מדע וטכנולוגיה של העתיד", GIST מדורגת באופן עקבי בין האוניברסיטאות המובילות בדרום קוריאה.
אודות המחברים ד"ר צ'אנגהו פארק הוא פרופסור במכון גוואנגג'ו למדע וטכנולוגיה (GIST) מאז אוגוסט 2016. לפני שהצטרף ל-GIST, הוא כיהן כסגן נשיא סמסונג SDI וקיבל תואר שני מ-Samsung Electronics SAIT. הוא קיבל את התארים הראשון, השני והדוקטורט שלו מהמחלקה לכימיה, המכון הקוריאני למדע וטכנולוגיה, בשנים 1990, 1992 ו-1995, בהתאמה. מחקרו הנוכחי מתמקד בפיתוח חומרים קטליטיים עבור מכלולי אלקטרודות ממברנה בתאי דלק ואלקטרוליזה באמצעות פחמן ננו-מובנה ותמיכות מתכת מעורבות. הוא פרסם 126 מאמרים מדעיים וקיבל 227 פטנטים בתחום מומחיותו.
ד"ר צ'אקיונג באיק הוא חוקר במכון הקוריאני למדע וטכנולוגיה (KIST). הוא מעורב בפיתוח זרזים של PEMWE OER ו-MEA, עם התמקדות כיום בזרזים ומכשירים לתגובות חמצון אמוניה. לפני שהצטרף ל-KIST בשנת 2023, צ'אקיונג באיק קיבל את הדוקטורט שלו באינטגרציה אנרגטית ממכון גוואנגג'ו למדע וטכנולוגיה.
ננו-מבנה האיריד המזופורי הנתמך על ידי Ta2O5 עשיר באלקטרונים יכול לשפר את הפעילות והיציבות של תגובת התפתחות החמצן.
המחברים מצהירים כי אין להם אינטרסים כלכליים מתחרים או קשרים אישיים ידועים אשר היו יכולים להשפיע על העבודה המוצגת במאמר זה.
הצהרת אחריות: AAAS ו-EurekAlert! אינן אחראיות לדיוק הודעות לעיתונות המתפרסמות ב-EurekAlert! כל שימוש במידע על ידי ארגון משתתף או דרך מערכת EurekAlert.

אם תרצה מידע נוסף, אנא שלח לי דוא"ל.
אֶלֶקטרוֹנִי:
info@pulisichem.cn
טלפון:
‎+86-533-3149598