A eletrólise da água com membrana de troca de prótons (PEMWE) emergiu como uma direção vital para o desenvolvimento do hidrogênio verde devido ao seu baixo consumo de energia, alta eficiência, alta pureza de hidrogênio e resposta rápida a amplas flutuações de energia, tornando-a intrinsecamente compatível com a intermitência das energias renováveis. No entanto, a tecnologia, particularmente o seu ânodo, depende fortemente do metal nobre irídio (Ir) como catalisador, com uso substancial, o que se tornou um dos principais gargalos que impedem sua aplicação em larga escala. A redução cega da carga de metal nobre pode facilmente levar a uma diminuição acentuada dos sítios ativos, colapso da estrutura fina da camada catalítica e interrupção das vias de condução eletrônica. Portanto, alcançar uma redução significativa na carga de catalisadores à base de Ir (≤0,5 mgIr cm⁻²) é um grande desafio para a ampliação da eletrólise da água com PEM.
Para enfrentar este desafio, uma equipe de pesquisa liderada pelo Pesquisador Yang Hui do Instituto de Pesquisa Avançada de Xangai da Academia Chinesa de Ciências, em colaboração com a equipe de P&D da Ningbo Zhongke Kechuang, fez progressos significativos. Ao introduzir uniformemente traços de átomos de cério (Ce) no material de suporte Nb₂O₅ e carregar superficialmente nanopartículas ultrafinas de IrOx (<2 nm), a equipe construiu com sucesso um catalisador suportado à base de Ir (IrOx@Ir/Ce-Nb₂O₅) com forte interação metal óxido-suporte.
Relata-se que dopar o material de suporte com átomos de Ce não apenas melhora a capacidade de transferência de elétrons entre o suporte e os centros ativos, mas também preserva a integridade da rede do material ativo Ir/IrOx, prevenindo efetivamente a rápida deterioração da atividade catalítica. Testes de desempenho mostram que o catalisador exibe um sobrepotencial de reação de evolução de oxigênio em meio ácido de apenas 275 mV@10 mA cm⁻² e demonstra excelente atividade e estabilidade sob condições reais de operação do eletrodo de membrana. Testes de durabilidade de longo prazo estão atualmente em andamento com baixas cargas (0,3 mgIr cm⁻²), lançando uma base técnica importante para reduzir custos, melhorar a eficiência e permitir a aplicação em larga escala da eletrólise da água com PEM.
