Протон-обменная мембранная электролизная установка (ПОМЭУ) стала важным направлением развития зеленого водорода благодаря низкому энергопотреблению, высокой эффективности, высокой чистоте водорода и быстрой реакции на широкие колебания мощности, что делает её по своей природе совместимой с прерывистостью возобновляемой энергии. Однако эта технология, особенно её анод, сильно зависит от благородного металла иридия (Ir) в качестве катализатора, с существенным его использованием, что стало одним из ключевых узких мест, препятствующих её широкому применению. Слепое снижение содержания благородного металла может легко привести к резкому уменьшению активных центров, разрушению структуры тонкого каталитического слоя и нарушению путей электронной проводимости. Поэтому достижение значительного снижения содержания иридиевых катализаторов (≤0,5 мгIr см⁻²) является основной проблемой для масштабирования ПОМ-электролиза воды.
Для решения этой проблемы исследовательская группа под руководством научного сотрудника Ян Хуи из Шанхайского института перспективных исследований Китайской академии наук в сотрудничестве с научно-исследовательской группой Нинбо Чжункэ Кэчуан добилась значительного прогресса. Равномерно вводя следовые количества атомов церия (Ce) в материал носителя Nb₂O₅ и поверхностно нагружая ультрамелкие наночастицы IrOx (<2 нм), команда успешно создала нанесенный иридиевый катализатор (IrOx@Ir/Ce-Nb₂O₅) с сильным взаимодействием металл-оксид-носитель.
Сообщается, что легирование материала носителя атомами Ce не только усиливает способность переноса электронов между носителем и активными центрами, но и сохраняет целостность кристаллической решетки активного материала Ir/IrOx, эффективно предотвращая быстрое снижение каталитической активности. Испытания производительности показывают, что катализатор демонстрирует перенапряжение кислотной реакции выделения кислорода всего 275 мВ@10 мА см⁻² и проявляет превосходную активность и стабильность в реальных условиях работы мембранного электрода. Долгосрочные испытания на долговечность в настоящее время проводятся при низких нагрузках (0,3 мгIr см⁻²), закладывая важную техническую основу для снижения затрат, повышения эффективности и обеспечения широкого применения ПОМ-электролиза воды.
