プロトン交換膜水電解のための多層構造を持つサポートされたIRO2ナノ触媒

高い活性と耐久性を備えた低リジウム搭載アノード触媒層の設計は、プロトン交換膜水電解器（PEMWE）にとって重要な課題です。ここでは、TABナノロドのアモルファスTAOXオーバーレイヤーに固定されたウルトラスマルIRO2ナノ粒子で構成されるIRO2@TAOX@TABと呼ばれる三層構造を持つIRO2ナノ触媒をサポートする新規の合成が報告されています。複合電極触媒は、その二重インターフェイスの構造的特徴のおかげで、酸の酸素進化反応（OER）に向けて優れた活性と安定性を示しています。IRO2/ TAOX界面の電子的相互作用は、表面ヒドロキシル基、IR3+/ IR4+比、およびOER活性を高めるためのIRO2のレドックスピークポテンシャルのカバレッジを調節できますが、密度の高いTAOXのオーバーレイヤーはTAB基板のさらなる酸化を防ぎ、安定化できます。OER中の構造安定性を改善するためのIRO2触媒層。IRO2@TAOX@TABを使用して、0.26 mg CM-2のイリジウム荷重でペムウェのアノード触媒層を製造できます。低リジウム搭載PEMWEは、低細胞電圧（3.9 A CM-2@2.0 Vなど）で高電流密度を提供し、2.0 A CM-2電流密度で1500時間以上優れた活動保持を提供します。

The design of a low-iridium-loading anode catalyst layer with high activity and durability is a key challenge for a proton exchange membrane water electrolyzer (PEMWE). Here, the synthesis of a novel supported IrO2 nanocatalyst with a tri-layered structure, dubbed IrO2@TaOx@TaB that is composed of ultrasmall IrO2 nanoparticles anchored on amorphous TaOx overlayer of TaB nanorods is reported. The composite electrocatalyst shows great activity and stability toward the oxygen evolution reaction (OER) in acid, thanks to its dual-interface structural feature. The electronic interaction in IrO2/TaOx interface can regulate the coverage of surface hydroxyl groups, the Ir3+/ Ir4+ ratio, and the redox peak potential of IrO2 for enhancing OER activity, while the dense TaOx overlayer can prevent further oxidation of TaB substrate and stabilize the IrO2 catalytic layers for improving structural stability during OER. The IrO2@TaOx@TaB can be used to fabricate an anode catalyst layer of PEMWE with an iridium-loading as low as 0.26 mg cm-2. The low-iridium-loading PEMWE delivers high current densities at low cell voltages (e.g., 3.9 A cm-2@2.0 V), and gives excellent activity retention for more than 1500 h at 2.0 A cm-2 current density.