Peter Strasser 教授 JACS：PEM 水电解中阳极：低载量 Ir/TiO2 在OER中的活性和稳定性！
文摘
2024-11-12 12:17
中国香港
减少质子交换膜水电解器 (PEM WE) 中的铱需求是绿色氢能行业的当务之急。本研究报告发现了一种 TiO2 负载的 Ir@IrO(OH)x 核壳纳米粒子催化剂，该催化剂的 Ir 含量降低，与商业参考相比，它在电化学氧析出反应 (OER) 中表现出卓越的催化性能。TiO2 负载的 Ir@IrO(OH)x 核壳纳米粒子结构可将 1.53 V RHE 下的 OER Ir 质量活度从 8 提高到大约 150 A gIr–1，同时将铱的填充密度从 1.6 降低到 0.77 gIr cm–3 以下。这些进步使得在较低 Ir 负载下可实现可行的阳极层厚度，与商用 IrO2/TiO2 相比，将 70% LHV 下的铱利用率从 0.42 降低到 0.075 gIr kW–1。通过对 30–80 wt % Ir/TiO2 材料进行广泛的 HAADF-EDX 显微镜分析、原位 XAS 和在线 ICP-MS 分析，作者鉴定出 Ir@IrO(OH)x/TiO2 OER 催化剂。这些分析建立了 Ir 重量负载、电极电导率、电化学稳定性和 Ir 基于质量的 OER 活性之间的相关性。活化的 Ir@IrO(OH)x/TiO2 催化剂-载体体系表现出负载的核壳粒子的异常稳定的形态，表明纳米粒子和晶体氧化物面之间存在强烈的催化剂-载体相互作用 (CSI)。原位 XAS 分析揭示了显著收缩的 Ir-O 键基序的可逆演变和增强的共价特性，有利于形成具有催化活性的亲电 OI- 配体物质。这些发现表明，Ir 原子表面溶解会产生 Ir 晶格空位，促进 OER 条件下亲电 OI- 物种的出现，而 CSI 促进 Ir-O 距离的可逆收缩，重新形成亲电 OI-，并增强催化活性和稳定性。Reactivity and Stability of Reduced Ir-Weight TiO2-Supported Oxygen Evolution Catalysts for Proton Exchange Membrane (PEM) Water Electrolyzer Anodes
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c07002
