Control of Ir oxidation states to overcome the trade-off between activity and stability for the oxygen evolution reaction

过电位 析氧 催化作用 电解质 化学工程 化学 氧化还原 氧化态 材料科学 无机化学 电化学 电极 物理化学 有机化学 工程类
作者
Seung Woo Lee,Chaekyung Baik,Do‐Hyung Kim,Chanho Pak
出处
期刊:Journal of Power Sources [Elsevier]
卷期号:493: 229689-229689 被引量:48
标识
DOI:10.1016/j.jpowsour.2021.229689
摘要

To improve the efficiency of polymer electrolyte membrane water electrolyzers (PEMWEs), catalysts with high activity and stability in the oxygen evolution reaction (OER) have been extensively investigated. In this study, using a novel solution-reduction process, self-assembled Ir/IrOx OER catalysts are prepared, with a controlled Ir oxidation-state ratios. Spectroscopic and electron microscopic analyses confirm that these catalysts have a gradient oxidation state, which gradually decreases from the shell to the core. In half-cell tests, before and after the accelerated stress test (AST) at 10 mA cm−2, the optimized Ir/IrOx catalyst exhibits an overpotential change of approximately 21 mVRHE, which is 3.3 times lesser than that of the state-of-the-art IrO2 (approximately 69 mVRHE). Further, quantification of the dissolved Ir content during the AST shows that the Ir/IrOx catalyst has a strong corrosion resistance under acidic OER conditions. Single-cell testing of the as-prepared OER catalyst demonstrates a remarkable cell performance of 1.73 V at 1.0 A cm−2. After 48-h durability testing, the increase in the membrane electrode assembly cell voltage with the as-prepared OER catalyst is approximately 5.3 times lesser than that of the reference at 250 mA cm−2. The proposed novel catalyst with high activity and stability can aid the development of cost-effective PEMWE systems.
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