L'électrolyse de l'eau à membrane échangeuse de protons (PEMWE) s'est imposée comme une orientation vitale pour le développement de l'hydrogène vert en raison de sa faible consommation énergétique, de son haut rendement, de la haute pureté de l'hydrogène produit et de sa réponse rapide aux fortes fluctuations de puissance, ce qui la rend intrinsèquement compatible avec l'intermittence des énergies renouvelables. Cependant, cette technologie, en particulier son anode, dépend fortement du métal noble iridium (Ir) comme catalyseur, avec une utilisation substantielle, ce qui est devenu l'un des principaux goulots d'étranglement entravant son application à grande échelle. Réduire aveuglément la teneur en métal noble peut facilement entraîner une diminution drastique des sites actifs, l'effondrement de la structure fine de la couche catalytique et la perturbation des voies de conduction électronique. Par conséquent, parvenir à une réduction significative de la charge des catalyseurs à base d'Ir (≤0,5 mgIr cm⁻²) est un défi majeur pour la mise à l'échelle de l'électrolyse de l'eau PEM.
Pour relever ce défi, une équipe de recherche dirigée par le chercheur Yang Hui de l'Institut des sciences avancées de Shanghai de l'Académie chinoise des sciences, en collaboration avec l'équipe de R&D de Ningbo Zhongke Kechuang, a réalisé des progrès significatifs. En introduisant uniformément des traces d'atomes de cérium (Ce) dans le matériau support Nb₂O₅ et en chargeant en surface des nanoparticules ultrafines d'IrOx (<2 nm), l'équipe a réussi à construire un catalyseur supporté à base d'Ir (IrOx@Ir/Ce-Nb₂O₅) présentant une forte interaction métal-oxyde-support.
Il est rapporté que le dopage du matériau support avec des atomes de Ce améliore non seulement la capacité de transfert d'électrons entre le support et les centres actifs, mais préserve également l'intégrité du réseau du matériau actif Ir/IrOx, empêchant efficacement une dégradation rapide de l'activité catalytique. Les tests de performance montrent que le catalyseur présente une surtension de réaction d'évolution de l'oxygène en milieu acide de seulement 275 mV@10 mA cm⁻² et démontre une excellente activité et stabilité dans les conditions opérationnelles réelles d'une électrode à membrane. Des tests de durabilité à long terme sont actuellement en cours à faibles charges (0,3 mgIr cm⁻²), jetant une base technique importante pour réduire les coûts, améliorer l'efficacité et permettre l'application à grande échelle de l'électrolyse de l'eau PEM.
