Forschern des Shanghai Institute of Ceramics der Chinesischen Akademie der Wissenschaften ist gemeinsam mit Mitarbeitern ein bedeutender Durchbruch bei der elektrokatalytischen Wasserspaltung gelungen, einer Schlüsseltechnologie zur Umwandlung intermittierender Sonnen- und Windenergie in sauberen Wasserstoffbrennstoff.
Laut der in veröffentlichten Studie Wissenschaftliche Fortschrittequinäres hochentropisches Ruthenium-Iridium-Oxid verspricht eine großtechnische Anwendung im Protonenaustauschmembran-Wasserelektrolyseur (PEMWE).
Im Streben nach einer Wasserstoffgesellschaft hat sich die elektrokatalytische Wasserspaltung als mögliche Lösung herausgestellt. Allerdings stellt die saure Betriebsumgebung der Protonenaustauschmembran (PEM) die langfristige Verwendung von Rutheniumoxid (RuO2) vor Herausforderungen. Jetzt haben die Forscher um Prof. Wang Xianying ein quinäres, hochentropisches fünfgliedriges Ruthenium-Iridium-basiertes Oxid (M-RuIrFeCoNiO2) entdeckt, das vielversprechende Anwendungen in PEMWE hat.
Sie entwickelten eine einzigartige Synthesestrategie für M-RuIrFeCoNiO2, um reichlich Korngrenzen (GBs) zu erzeugen. Diese Innovation verbessert die katalytische Aktivität und Stabilität von RuO2 in sauren Sauerstoffentwicklungsreaktionen (OER) erheblich und überwindet damit bisherige Einschränkungen.
Die gezielte Integration von Fremdmetallelementen und GBs in den Oxidkatalysator spielte eine entscheidende Rolle bei der Verbesserung der OER-Aktivität und -Stabilität. Dieser bahnbrechende Ansatz löst effektiv die thermodynamischen Löslichkeitsprobleme verschiedener Metallelemente.
Praktische Anwendungstests zeigten bemerkenswerte Ergebnisse, da ein PEMWE mit dem M-RuIrFeCoNiO2-Katalysator mehr als 500 Stunden lang eine hohe Stromdichte von 1 A cm-2 aufrechterhielt. Dieser Erfolg stellt einen bedeutenden Fortschritt in der PEMWE-Technologie dar und verspricht die Produktion von sauberem Wasserstoffkraftstoff in großem Maßstab.
Diese Studie demonstriert nicht nur eine neuartige Synthesestrategie für Oxide mit hoher Entropie, sondern liefert auch wertvolle Einblicke in deren Aktivität und Stabilität im Kontext von PEMWE und trägt so zur Weiterentwicklung sauberer Energielösungen bei.
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Chun Hu et al., Fehlorientiertes hochentropisches Iridiumrutheniumoxid zur sauren Wasserspaltung, Wissenschaftliche Fortschritte (2023). DOI: 10.1126/sciadv.adf9144