O hidrogénio tem sido considerado um potencial transportador de energia em vez dos combustíveis fósseis, abordando a procura de energia e as questões ambientais. A eletrólise da água por membrana de troca de prótons (PEMWE), com sua alta densidade de energia, elevada pureza do hidrogênio e rápida resposta do sistema, é considerada uma abordagem ideal e sustentável para produzir hidrogênio verde. Assim, poderá ser uma solução eficaz para mitigar a intermitência e a volatilidade das energias renováveis ​​e beneficiar a sua aplicação em larga escala.



No entanto, a reação anódica de evolução de oxigênio (OER) em PEMWE envolve um processo lento de transferência de quatro elétrons/prótons, resultando em uma cinética de reação lenta. Além disso, o forte ambiente oxidativo e ácido localizado irá corroer o catalisador, levando a uma baixa durabilidade. Portanto, há uma necessidade urgente de desenvolver catalisadores de REA eficientes e estáveis ​​para impulsionar os REA em direção à produção econômica e de alta eficiência de hidrogênio por meio da divisão da água.

Recentemente, o professor Xinbo Zhang do Instituto de Química Aplicada de Changchun, Academia Chinesa de Ciências e colaboradores desenvolveram uma série de eletrocatalisadores de irídio amorfo dopados com metal de alta valência por meio de sinterização em uma etapa para promover o REA em meio ácido. Beneficiando-se da modulação de efeitos geométricos e eletrônicos pela introdução da dopagem Ta e da engenharia de defeitos, o aprimoramento da atividade e da estabilidade em comparação com o IrO comercial₂ e IrO_x foi realizado.

Os resultados foram publicados no Chinese Journal of Catalysis .

A dopagem de metal de alta valência foi obtida através de um processo simples de sinterização de uma etapa, em que a construção de defeitos foi controlada pelo ajuste da temperatura de reação. A introdução de dopantes e defeitos é vantajosa por facilitar a transferência de carga, aumentar os locais de reação e aumentar a reatividade intrínseca do REA no IrO_x . Simultaneamente, a interação robusta da coordenação metal (Ta)-oxigênio aumenta ainda mais a estabilidade do IrOx. durante a reação.

O eletrocatalisador ideal (350-Ta@IrO_x ) exibe atividade de massa 147,7 vezes maior (1207,4 A g_Ir ^–1 ) do que o IrO comercial₂ a 1,55 V vs. Combinado com os cálculos teóricos, foi divulgado que a dopagem com Ta e a engenharia de defeitos conduzem ao ataque nucleofílico das moléculas de água da etapa determinante da taxa, aumentando assim a atividade catalítica e reduzindo o potencial excessivo de REA em IrOx.> .

Além disso, não demonstra degradação perceptível de desempenho durante o teste de durabilidade de 500 horas, obviamente superando a amostra não dopada e o IrO comercial₂ e reivindicando seu potencial para aplicações industriais.

Mais informações: Ning Zhang et al, IrO amorfo dopado com metal de alta valência como eletrocatalisador ativo e estável para reação de evolução de oxigênio ácido, Chinese Journal of Catalysis (2023). DOI:10.1016/S1872-2067(23)64517-6
Fornecido pela Academia Chinesa de Ciências