Hocheffizienter Iridium‐Yttrium Legierungskatalysator für die saure Wasserelektrolyse

Zusammenfassung Die Protonenaustauschmembran (PEM) Wasserelektrolyse hat großes Potenzial, die Produktion sauberer Energie zu revolutionieren, indem sie die effiziente Erzeugung von Wasserstoff ermöglicht. Dennoch bleibt eine erhebliche Herausforderung im Bereich der Entwicklung von Elektrokatalysatoren bestehen, die sowohl hochaktiv als auch säurebeständig während der Sauerstoffentwicklung (OER) sind, um die beträchtliche kinetische Barriere zu überwinden. In dieser Studie wird die einfache Synthese von Iridium‐Yttrium (IrY) Legierungsnanokatalysatoren mittels eines thermischen Schockverfahrens vorgestellt, die außergewöhnliche Aktivität im Kontext der sauren Wasseroxidation zeigt. Durch die strategische Einbeziehung von dispergiertem Y in das Gitter von Ir-Metall zeigt der IrY-Katalysator eine bemerkenswert niedrige Überpotential von 255 mV bei einer Stromdichte von 10 mA cm −2 und weist bemerkenswerte katalytische Stabilität in sauren Elektrolyten auf, die über 500 Stunden bei einer hohen Stromdichte von 100 mA cm −2 anhält. Durch ein umfassendes Set an in situ Charakterisierungen und analytischen Methoden wird die Bildung einer oberflächlichen Ir‐basierten Oxidschicht aufgedeckt, die durch Deprotonierung und elektrochemische Oxidation induziert wird und die durch die Anwesenheit von Y-Dopanten erheblich stabilisiert wird. Diese Stabilisierung des aktiven Zentrums verleiht erhöhte Widerstandsfähigkeit gegenüber Überoxidation und Auflösung, was die außergewöhnliche Stabilität des Katalysators untermauert. Theoretische Berechnungen legen nahe, dass die Einbeziehung von Y in die Katalysatorstruktur einen erheblichen Einfluss auf die Verbesserung der Reaktivität des Sauerstoffzwischenprodukts (O*) an benachbarten Ir-Stellen hat, was das Überpotential senkt und die OER-Aktivität fördert. Der Legierungsansatz stellt eine unkomplizierte Methode dar, um atomare Modifikationen im Katalysatordesign zu erreichen und kann den Weg für die Entwicklung effektiverer und wirtschaftlich tragfähiger OER-Katalysatoren und darüber hinaus ebnen.