Nanostruktur iridium yang dirancang khusus dan diendapkan pada tantalum oksida mesopori meningkatkan konduktivitas, aktivitas katalitik, dan stabilitas jangka panjang.
Gambar: Para peneliti di Korea Selatan dan AS telah mengembangkan katalis iridium baru dengan peningkatan aktivitas reaksi evolusi oksigen untuk memfasilitasi elektrolisis air yang hemat biaya dengan membran pertukaran proton untuk menghasilkan hidrogen. Pelajari selengkapnya
Kebutuhan energi dunia terus meningkat. Energi hidrogen yang dapat diangkut memiliki potensi besar dalam pencarian kita akan solusi energi bersih dan berkelanjutan. Dalam hal ini, elektroliser air membran pertukaran proton (PEMWE), yang mengubah kelebihan energi listrik menjadi energi hidrogen yang dapat diangkut melalui elektrolisis air, telah menarik banyak perhatian. Namun, penerapannya dalam skala besar untuk produksi hidrogen masih terbatas karena laju reaksi evolusi oksigen (OER) yang lambat, yang merupakan komponen penting dari elektrolisis, dan penggunaan katalis oksida logam mahal seperti iridium (Ir) dan rutenium oksida dalam elektroda masih terbatas. Oleh karena itu, pengembangan katalis OER yang hemat biaya dan berkinerja tinggi sangat diperlukan untuk penerapan PEMWE secara luas.

Baru-baru ini, tim peneliti Korea-Amerika yang dipimpin oleh Profesor Changho Park dari Institut Sains dan Teknologi Gwangju di Korea Selatan mengembangkan katalis nanostruktur iridium baru berbasis tantalum oksida mesopori (Ta2O5) melalui metode reduksi asam format yang ditingkatkan untuk mencapai elektrolisis air PEM yang efisien. Penelitian mereka diterbitkan secara daring pada 20 Mei 2023, dan akan diterbitkan dalam Volume 575 Jurnal Sumber Daya Listrik pada 15 Agustus 2023. Studi ini ditulis bersama oleh Dr. Chaekyong Baik, seorang peneliti di Institut Sains dan Teknologi Korea (KIST).
“Nanostruktur Ir yang kaya elektron tersebar secara merata pada substrat Ta2O5 mesopori stabil yang disiapkan dengan metode templat lunak yang dikombinasikan dengan proses pembungkus etilendiamin, yang secara efektif mengurangi kandungan Ir dalam satu baterai PEMWE menjadi 0,3 mg cm-2,” jelas Profesor Park. Penting untuk dicatat bahwa desain inovatif katalis Ir/Ta2O5 tidak hanya meningkatkan pemanfaatan Ir, tetapi juga memiliki konduktivitas yang lebih tinggi dan luas permukaan aktif elektrokimia yang lebih besar.
Selain itu, spektroskopi fotoelektron sinar-X dan spektroskopi absorpsi sinar-X mengungkapkan interaksi logam-penyangga yang kuat antara Ir dan Ta, sementara perhitungan teori fungsional densitas menunjukkan transfer muatan dari Ta ke Ir, yang menyebabkan pengikatan adsorbat yang kuat seperti O dan OH, dan mempertahankan rasio Ir(III) selama proses oksidasi OOP. Hal ini pada gilirannya menghasilkan peningkatan aktivitas Ir/Ta2O5, yang memiliki tegangan lebih rendah sebesar 0,385 V dibandingkan dengan 0,48 V untuk IrO2.
Tim tersebut juga secara eksperimental mendemonstrasikan aktivitas OER yang tinggi dari katalis, dengan mengamati tegangan lebih sebesar 288 ± 3,9 mV pada 10 mA cm-2 dan aktivitas massa Ir yang sangat tinggi sebesar 876,1 ± 125,1 A g-1 pada 1,55 V dibandingkan dengan nilai yang sesuai untuk Bapak Black. Faktanya, Ir/Ta2O5 menunjukkan aktivitas dan stabilitas OER yang sangat baik, yang selanjutnya dikonfirmasi oleh lebih dari 120 jam pengoperasian sel tunggal dari rakitan membran-elektroda.
Metode yang diusulkan memiliki dua keunggulan, yaitu mengurangi tingkat beban Ir dan meningkatkan efisiensi OER. “Peningkatan efisiensi OER melengkapi efisiensi biaya proses PEMWE, sehingga meningkatkan kinerja keseluruhannya. Pencapaian ini dapat merevolusi komersialisasi PEMWE dan mempercepat adopsinya sebagai metode produksi hidrogen utama,” ujar Profesor Park dengan optimis.

Secara keseluruhan, perkembangan ini membawa kita lebih dekat untuk mencapai solusi transportasi energi hidrogen yang berkelanjutan dan dengan demikian mencapai status netral karbon.
Tentang Institut Sains dan Teknologi Gwangju (GIST) Institut Sains dan Teknologi Gwangju (GIST) adalah universitas riset yang berlokasi di Gwangju, Korea Selatan. GIST didirikan pada tahun 1993 dan telah menjadi salah satu sekolah paling bergengsi di Korea Selatan. Universitas ini berkomitmen untuk menciptakan lingkungan riset yang kuat yang mendorong pengembangan sains dan teknologi serta mempromosikan kolaborasi antara proyek riset internasional dan domestik. Dengan berpegang pada motto “Pembentuk Sains dan Teknologi Masa Depan yang Membanggakan”, GIST secara konsisten berada di peringkat teratas universitas di Korea Selatan.
Tentang Penulis Dr. Changho Park telah menjadi profesor di Institut Sains dan Teknologi Gwangju (GIST) sejak Agustus 2016. Sebelum bergabung dengan GIST, beliau menjabat sebagai Wakil Presiden Samsung SDI dan menerima gelar Master dari Samsung Electronics SAIT. Beliau menerima gelar sarjana, master, dan doktor dari Departemen Kimia, Institut Sains dan Teknologi Korea, masing-masing pada tahun 1990, 1992, dan 1995. Penelitiannya saat ini berfokus pada pengembangan material katalitik untuk rakitan elektroda membran dalam sel bahan bakar dan elektrolisis menggunakan karbon nanostruktur dan pendukung oksida logam campuran. Beliau telah menerbitkan 126 makalah ilmiah dan menerima 227 paten di bidang keahliannya.
Dr. Chaekyong Baik adalah seorang peneliti di Institut Sains dan Teknologi Korea (KIST). Beliau terlibat dalam pengembangan katalis PEMWE OER dan MEA, dengan fokus saat ini pada katalis dan perangkat untuk reaksi oksidasi amonia. Sebelum bergabung dengan KIST pada tahun 2023, Chaekyong Baik menerima gelar PhD di bidang Integrasi Energi dari Institut Sains dan Teknologi Gwangju.
Nanostruktur irida mesopori yang didukung oleh Ta2O5 yang kaya elektron dapat meningkatkan aktivitas dan stabilitas reaksi evolusi oksigen.
Para penulis menyatakan bahwa mereka tidak memiliki kepentingan finansial yang bersaing atau hubungan pribadi yang diketahui yang dapat dianggap memengaruhi karya yang disajikan dalam artikel ini.
Penafian: AAAS dan EurekAlert! tidak bertanggung jawab atas keakuratan siaran pers yang dipublikasikan di EurekAlert! Penggunaan informasi apa pun oleh organisasi yang berpartisipasi atau melalui sistem EurekAlert.

Jika Anda memerlukan informasi lebih lanjut, silakan kirim email kepada saya.
E-mail:
info@pulisichem.cn
Telp:
+86-533-3149598