Membrana de troca de prótons (PEM)a tecnologia de eletrólise da água pode ser acoplada diretamente a fontes de energia renováveis flutuantes paraprodução de hidrogênio. Esta abordagem não só garante a segurança da rede, mas também permite a redistribuição de recursos renováveis, tornando-se uma base tecnológica crucial para atingir a neutralidade de carbono. No entanto, devido ao ambiente ácido deEletrólise de água PEM, a tecnologia atualmente depende muito do irídio, um metal precioso que é estável sob condições ácidas, como catalisador de ânodo. O irídio é um dos recursos mais raros da Terra, com uma produção anual de apenas 6-8 toneladas, e sua escassez representa um desafio significativo para aumentar a produção de hidrogênio baseada em PEM.
Em resposta a isso, a equipe de pesquisa liderada por Ryuhei Nakamura descobriu e aproveitou uma afinidade especial entre manganês (Mn) e irídio (Ir), desenvolvendo um catalisador de irídio hexavalente altamente estável e atomicamente disperso (IrVI-ado). Este novo catalisador mantém alta atividade e estabilidade enquanto reduz a carga de irídio para menos de 0,1 mg/cm², mais de 95% menor do que a carga de irídio atual na eletrólise de água PEM (2-4 mg/cm²). Comparado aos catalisadores Ir⁴⁺ comumente usados, este novo catalisador tem um estado de valência mais alto (Ir⁶⁺) e é atomicamente disperso na superfície de γ-MnO₂. O estado Ir⁶⁺ aumenta a atividade intrínseca e a estabilidade do irídio, enquanto a dispersão em nível atômico permite quase 100% de utilização do irídio. A equipe conduziu uma análise abrangente da síntese, características estruturais e desempenho da eletrólise da água PEM do catalisador Ir, esclarecendo a interação entre Mn e Ir e demonstrando o desempenho superior do catalisador com uma carga de irídio de menos de 0,1 mg/cm² em eletrolisadores PEM.
Os resultados da pesquisa foram publicados emCiênciasob o título "Óxido de irídio hexavalente disperso atomicamente a partir da redução de MnO₂ para catálise de evolução de oxigênio." Os autores correspondentes são Ailong Li e Ryuhei Nakamura, com Ailong Li e Shuang Kong como os primeiros autores.
