Pt Dopant: Controlling the Ir Oxidation States toward Efficient and Durable Oxygen Evolution Reaction in Acidic Media
- 도핑 전략을 통한 전기화학 촉매 거동 제어 및 촉매 반응의 활성과 안정성 촉진
(Adv. Funct. Mater. 2020, 30, 2003935)
초록
Dissolution of Ir oxides in Ir-based catalysts, which is closely linked to the catalyst activity and stability toward the oxygen evolution reaction (OER) in acidic media, is a critical unresolved problem in the commercialization of water electrolysis. Doping foreign elements into the Ir oxides can accomplish an optimal combination of Ir oxidation states that is conducive to the leaching-resistance of active catalytic sites. Here, it is reported that Pt doping into IrOx-based nanoframe is beneficial in both terms of activity and stability. The Pt-doped IrOx-based nanoframe achieves the mass activity of 0.644 A mg(Ir+Pt)(-1)at 1.53V(RHE), which is 15-fold higher than that of the commercial IrO2. During the accelerated durability test, the Ir-IV-to-Ir(III)ratio of 5 is maintained in the presence of Pt dopant to effectively mitigate the degradation of Ir catalyst, leading to the superb catalyst durability in acidic media
친환경 에너지원인 수소 에너지는 화석 연료를 대체할 차세대 에너지로 각광 받고 있으며, 많은 연구자들이 수소에너지의 효과적인 생산과 활용에 대해 높은 관심을 가지고 있다. 수전해는 재생에너지 전기를 이용해 수소를 생산할 수 있는 유용한 방법이며, 이 중 산소발생반응에서는 수소발생반응보다 높은 과전압이 요구되기 때문에 효과적으로 과전압을 낮추고 높은 활성을 보이는 촉매 개발이 필수적이다. 이리듐 기반의 나노 촉매는 산소발생반응에 널리 사용되고 높은 활성을 보이지만, 산성 전해질 내 높은 구동 전압조건으로 산화가 가속화되면 용출이 일어나 촉매의 안정성을 결여시킨다. 본 연구진은 산성 조건의 산소발생반응 시 이리듐의 용해를 저해하기 위하여 나노 프레임 촉매 표면 위에 백금의 도핑을 통하여 이리듐의 산화 상태를 제어하는 합성 전략을 제시하였으며, 금속의 산화상태가 제어된 나노촉매는 촉매 반응시 높은 활성과 장시간 촉매 반응 이후에도 높은 안정성을 보였다. 이러한 우수한 연구 결과는 재료 분야에서 저명한 학술지인 ‘Advanced Functional Materials’에 게재되었다.