Interfacial Confinement Enables Conformal IrOx Nanofilms for Low-Ir-Loading PEM Water Electrolysis

化学 催化作用 铱 电解 电解水 瓶颈 化学工程 铂金 电极 纳米技术 导电体 膜电极组件 纳米颗粒 共形映射 膜 质子交换膜燃料电池 沉积(地质) 电化学 电催化剂 阳离子聚合 铂纳米粒子 光电子学 粒子(生态学) 工作(物理) 电解质 无机化学 电流密度
作者
Jun-Jie Peng,Ru‐Yang Shao,Xian Zhang,Dian-Ding Sun,Zi-ang Sun,Lan Li,Dongsheng Li,Yu-Qian Yan,Gongming Wang,Lei Tong,Hai‐Wei Liang
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/jacs.6c18729
摘要

Abstract Terawatt-scale deployment of proton-exchange membrane water electrolyzers (PEMWEs) requires low iridium (Ir) loading, which disrupts the catalyst layer’s in-plane electronic percolation network and severely degrades performance. Here, we overcome this bottleneck via an interfacial confinement strategy that electrostatically enriches cationic Ir intermediates on the negatively charged, oxygen-deficient TiOx surface, thereby redirecting Ir deposition from three-dimensional island growth to a two-dimensional conformal film on TiO2 supports. The resulting IrOx-NF@TiO2 catalyst with low Ir packing density maintains long-range in-plane electron percolation, reducing reliance on the high Ir loading typically required by conventional IrOx nanoparticle catalysts to establish quasi-continuous conductive pathways. At a loading of 0.166 mgIr cm−2, blade-coated membrane electrode assemblies incorporating this architecture feature ∼7 μm-thick catalyst layers with an Ir packing density of only ∼0.25 gIr cm–3, allowing an ∼84% reduction in Ir use while achieving performance comparable to that of commercial IrO2. This work highlights the potential of supported conformal IrOx catalysts as competitive candidates for next-generation low-Ir PEMWEs.
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