Membrana a scambio protonico (PEM)la tecnologia di elettrolisi dell'acqua può essere accoppiata direttamente con fonti di energia rinnovabili fluttuanti perproduzione di idrogenoQuesto approccio non solo garantisce la sicurezza della rete, ma consente anche la ridistribuzione delle risorse rinnovabili, rendendolo una base tecnologica cruciale per raggiungere la neutralità carbonica. Tuttavia, a causa dell'ambiente acido diElettrolisi dell'acqua PEM, la tecnologia attualmente si basa fortemente sull'iridio, un metallo prezioso che è stabile in condizioni acide, come catalizzatore dell'anodo. L'iridio è una delle risorse più rare sulla Terra, con una produzione annuale di sole 6-8 tonnellate, e la sua scarsità rappresenta una sfida significativa per aumentare la produzione di idrogeno basata su PEM.
In risposta a ciò, il team di ricerca guidato da Ryuhei Nakamura ha scoperto e sfruttato un'affinità speciale tra manganese (Mn) e iridio (Ir), sviluppando un catalizzatore di iridio esavalente altamente stabile e disperso atomicamente (IrVI-ado). Questo nuovo catalizzatore mantiene un'elevata attività e stabilità riducendo al contempo il carico di iridio a meno di 0,1 mg/cm², oltre il 95% in meno rispetto all'attuale carico di iridio nell'elettrolisi dell'acqua PEM (2-4 mg/cm²). Rispetto ai catalizzatori Ir⁴⁺ comunemente utilizzati, questo nuovo catalizzatore ha uno stato di valenza più elevato (Ir⁶⁺) ed è disperso atomicamente sulla superficie di γ-MnO₂. Lo stato Ir⁶⁺ migliora l'attività intrinseca e la stabilità dell'iridio, mentre la dispersione a livello atomico consente un utilizzo dell'iridio di quasi il 100%. Il team ha condotto un'analisi completa della sintesi, delle caratteristiche strutturali e delle prestazioni dell'elettrolisi dell'acqua PEM del catalizzatore Ir, chiarendo l'interazione tra Mn e Ir e dimostrando le prestazioni superiori del catalizzatore con un carico di iridio inferiore a 0,1 mg/cm² negli elettrolizzatori PEM.
I risultati della ricerca sono stati pubblicati inScienzacon il titolo "Ossido di iridio esavalente disperso atomicamente dalla riduzione di MnO₂ per la catalisi dell'evoluzione dell'ossigeno." Gli autori corrispondenti sono Ailong Li e Ryuhei Nakamura, con Ailong Li e Shuang Kong come primi autori.
