La electrólisis de agua con membrana de intercambio protónico (PEMWE) se ha consolidado como una dirección crucial para el desarrollo del hidrógeno verde debido a su bajo consumo energético, alta eficiencia, elevada pureza de hidrógeno y rápida respuesta a amplias fluctuaciones de potencia, lo que la hace inherentemente compatible con la intermitencia de las energías renovables. Sin embargo, esta tecnología, especialmente su ánodo, depende en gran medida del metal noble iridio (Ir) como catalizador, con un uso sustancial, lo que se ha convertido en uno de los principales cuellos de botella que impiden su aplicación a gran escala. Reducir ciegamente la carga de metal noble puede provocar fácilmente una disminución drástica de los sitios activos, el colapso de la estructura fina de la capa catalítica y la interrupción de las vías de conducción electrónica. Por lo tanto, lograr una reducción significativa de la carga de catalizadores basados en Ir (≤0,5 mgIr cm⁻²) es un desafío importante para escalar la electrólisis de agua PEM.
Para abordar este desafío, un equipo de investigación dirigido por el Investigador Yang Hui del Instituto de Investigación Avanzada de Shanghái de la Academia China de Ciencias, en colaboración con el equipo de I+D de Ningbo Zhongke Kechuang, ha logrado un progreso significativo. Mediante la introducción uniforme de trazas de átomos de cerio (Ce) en el material de soporte Nb₂O₅ y la carga superficial de nanopartículas ultrafinas de IrOx (<2 nm), el equipo construyó exitosamente un catalizador soportado basado en Ir (IrOx@Ir/Ce-Nb₂O₅) con una fuerte interacción metal óxido-soporte.
Se informa que dopar el material de soporte con átomos de Ce no solo mejora la capacidad de transferencia de electrones entre el soporte y los centros activos, sino que también preserva la integridad de la red del material activo Ir/IrOx, evitando eficazmente la rápida descomposición de la actividad catalítica. Las pruebas de rendimiento muestran que el catalizador exhibe un sobrepotencial de reacción de evolución de oxígeno en medio ácido de solo 275 mV@10 mA cm⁻² y demuestra una excelente actividad y estabilidad bajo condiciones reales de operación de electrodos de membrana. Actualmente se están realizando pruebas de durabilidad a largo plazo con cargas bajas (0,3 mgIr cm⁻²), sentando una base técnica importante para reducir costos, mejorar la eficiencia y permitir la aplicación a gran escala de la electrólisis de agua PEM.
