世界的能源需求不断增加。在我们寻求清洁和环保的能源解决方案的过程中，可运输的氢能源提供了巨大的希望。在这方面，通过水电解将多余电能转化为可运输氢能的质子交换膜水电解槽(PEMWE)引起了人们的极大兴趣。然而，由于析氧反应(OER)(电解的重要组成部分)速率缓慢，以及电极中铱(Ir)和氧化钌等昂贵金属氧化物催化剂的高负载量，其在制氢方面的大规模部署仍然受到限制。 。因此，开发具有成本效益和高性能的OER催化剂对于PEMWE的广泛应用是必要的。
最近，韩国光州科学技术学院Chanho Pak教授领导的韩国和研究团队通过改良的甲酸还原法开发出一种新型介孔氧化钽(Ta 2 O 5 )负载的铱纳米结构催化剂。实现高效质子交换膜水电解的方法。他们的研究于 2023 年 5 月 20 日在线发布，并将于2023 年 8 月 15 日发表在《电源杂志》第 575 卷上。该研究由韩国科学技术研究院 (KIST) 博士后研究员 Chaekyung Baik 博士共同撰写。
“富电子的Ir纳米结构均匀分散在通过软模板法结合乙二胺环抱工艺制备的稳定介孔Ta 2 O 5载体上，有效地将单个PEMWE电池中的Ir含量降低至0.3 mg cm – 2 ”， Pak 教授解释道。重要的是，创新的Ir/Ta 2 O 5催化剂设计不仅提高了Ir的利用率，而且还促进了更高的电导率和大的电化学活性表面积。
此外，X射线光电子和X射线吸收光谱揭示了Ir和Ta之间强烈的金属-载体相互作用，而密度泛函理论计算表明电荷从Ta转移到Ir，这诱导了吸附物的强结合，例如O和OH ，并在氧化 OER 过程中保持 Ir (III) 比例。这反过来又导致 Ir/Ta 2 O 5的活性增强，与 IrO 2的 0.48 V 相比，其过电势较低，为 0.385 V。
该团队还通过实验证明了催化剂的高OER活性，观察到10 mA cm -2下的过电势为288 ± 3.9 mV，1.55 V下Ir的质量活性为876.1 ± 125.1 A g -1，明显高于相应值对于布莱克先生来说。实际上，Ir/Ta 2 O 5表现出优异的OER活性和稳定性，这通过超过120小时的膜电极组件单电池运行进一步证实。
所提出的技术具有降低 Ir 负载水平和提高 OER 效率的双重好处。“提高的 OER 效率补充了 PEMWE 工艺的成本效益，从而提高了其整体性能。这一进步有可能彻底改变 PEMWE 的商业化，加速其作为制氢主要方法的采用， ”Pak 教授乐观地推测道。
总之，这一发展使我们更接近实现可持续的可运输氢能源解决方案，进而实现碳中和。
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