Membrane échangeuse de protons (PEM)La technologie de l'électrolyse de l'eau peut être directement couplée à des sources d'énergie renouvelables fluctuantes pourproduction d'hydrogène. Cette approche garantit non seulement la sécurité du réseau, mais permet également la redistribution des ressources renouvelables, ce qui en fait une base technologique cruciale pour atteindre la neutralité carbone. Cependant, en raison de l'environnement acide deÉlectrolyse de l'eau PEM, la technologie repose actuellement en grande partie sur l'iridium, un métal précieux stable dans des conditions acides, comme catalyseur anodique. L'iridium est l'une des ressources les plus rares sur Terre, avec une production annuelle de seulement 6 à 8 tonnes, et sa rareté pose un défi de taille pour l'augmentation de la production d'hydrogène à partir de PEM.
En réponse à cela, l'équipe de recherche dirigée par Ryuhei Nakamura a découvert et exploité une affinité particulière entre le manganèse (Mn) et l'iridium (Ir), développant un catalyseur à l'iridium hexavalent dispersé atomiquement (IrVI-ado) hautement stable. Ce nouveau catalyseur maintient une activité et une stabilité élevées tout en réduisant la charge d'iridium à moins de 0,1 mg/cm², soit plus de 95 % de moins que la charge d'iridium actuelle dans l'électrolyse de l'eau PEM (2-4 mg/cm²). Par rapport aux catalyseurs Ir⁴⁺ couramment utilisés, ce nouveau catalyseur a un état de valence plus élevé (Ir⁶⁺) et est dispersé atomiquement à la surface de γ-MnO₂. L'état Ir⁶⁺ améliore l'activité et la stabilité intrinsèques de l'iridium, tandis que la dispersion au niveau atomique permet une utilisation de près de 100 % de l'iridium. L'équipe a réalisé une analyse complète de la synthèse, des caractéristiques structurelles et des performances d'électrolyse de l'eau PEM du catalyseur Ir, clarifiant l'interaction entre Mn et Ir et démontrant les performances supérieures du catalyseur avec une charge d'iridium inférieure à 0,1 mg/cm² dans les électrolyseurs PEM.
Les résultats de la recherche ont été publiés dansSciencesous le titre "Oxyde d'iridium hexavalent dispersé atomiquement à partir de la réduction de MnO₂ pour la catalyse de l'évolution de l'oxygène." Les auteurs correspondants sont Ailong Li et Ryuhei Nakamura, avec Ailong Li et Shuang Kong comme premiers auteurs.
