Engineering Iridium-Based Oxygen Evolution Reaction Electrocatalysts for Proton Exchange Membrane Water Electrolyzers

析氧 铱 催化作用 质子交换膜燃料电池 分解水 制氢 材料科学 计算机科学 软件部署 纳米技术 电化学 化学 电极 光催化 生物化学 物理化学 操作系统
作者
Shuang Wang,Tao Shen,Chang Yang,Guanyu Luo,Deli Wang
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:13 (13): 8670-8691 被引量:78
标识
DOI:10.1021/acscatal.3c01511
摘要

The electrocatalytic water splitting technology, especially proton exchange membrane water electrolyzers (PEMWEs), is one of the core hydrogen production technologies to achieve carbon-free energy cycling. However, high acid corrosion and anodic potential operating conditions pose serious challenges for the development of PEMWEs. It is urgent to explore highly active, durable, and compatible anodic catalysts for the complex oxygen evolution reaction (OER). Hitherto, iridium (Ir)-based electrocatalysts (IBCs) with trade-off catalytic activity and stability are the primary candidates for the OER. Yet, the continued huge consumption of expensive and scarce Ir species severely hinders the widespread deployment of PEMWEs. It is necessary to systematically understand the latest research progress in IBCs to guide the controllable construction of catalysts with low-Ir loading to meet industrial demands. In this review, the conventional OER catalytic mechanism and Ir species-related failure modes are introduced. Subsequently, four common classes of IBCs, including Ir-based metals, oxides, perovskites, and pyrochlores, as well as attempts to correlate structural features of catalysts with their performance are reviewed. Within this scenario, the actual performances of bright representative IBCs applied in practical PEMWEs are also discussed. At the end of this review, unresolved issues and challenges in the field are proposed with a view to formulating effective strategies to break the bottleneck of commercial deployment of PEMWEs.
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