Elektrokatalytische Sauerstoffentwicklungsreaktion (OER) an Ru-, Ir- und Pt-Katalysatoren: Eine vergleichende Studie von Nanopartikeln und Bulk-Materialien

Eine vergleichende Untersuchung wurde durchgeführt, um die intrinsische katalytische Aktivität und Haltbarkeit von karbonunterstützten Ru-, Ir- und Pt-Nanopartikeln sowie den entsprechenden Bulk-Materialien für die elektrokatalytische Sauerstoffentwicklungsreaktion (OER) zu untersuchen. Die elektrochemischen Oberflächenmerkmale von Nanopartikeln und Bulk-Materialien wurden durch oberflächenempfindliche zyklische Voltammetrie untersucht. Obwohl im Grunde ähnliche Voltammetrie-Merkmale für Nanopartikel und Bulk-Materialien jedes Metalls beobachtet wurden, wurden einige Unterschiede entdeckt, die die Änderungen in der Oxidationschemie verdeutlichen. Basierend auf den elektrochemischen Ergebnissen zeigten wir, dass Ru-Nanopartikel im Vergleich zu Bulk-Ru-Material niedrigere Passivierungspotentiale aufweisen. Ir-Nanopartikel verloren während des Spannungszyklus vollständig ihre voltagetrischen metallischen Merkmale, im Gegensatz zu dem entsprechenden Bulk-Material. Schließlich zeigen Pt-Nanopartikel eine höhere Oxophilie im Vergleich zu Bulk-Pt. In Bezug auf die OER-Leistung wurden die ausgeprägtesten Effekte der Nanoskalierung für Ru- und Pt-Katalysatoren identifiziert. Insbesondere litten die Ru-Nanopartikel unter starker Korrosion bei angewandten OER-Potentialen und konnten daher die OER nicht aufrechterhalten. Die Pt-Nanopartikel wiesen von Anfang an eine geringere OER-Aktivität auf und wurden während des angewandten OER-Stabilitätsprotokolls vollständig deaktiviert, im Gegensatz zum entsprechenden Bulk-Pt-Katalysator. Wir heben hervor, dass die OER-Aktivität und Haltbarkeit vergleichbar für Ir-Nanopartikel und Bulk-Materialien waren. Somit bieten Ir-Nanopartikel ein hohes Potenzial als nanoskalierter OER-Katalysator.