Nanočestice iridijuma spontano istaložene na protonovane TiO2 nanotubularne strukture kao visokoaktivni elektrokatalizatori izdvajanja vodonika u kiseloj sredini

Abstract

Razvoj efikasnih elektrokatalizatora za reakciju izdvajanja vodonika sa niskim sadržajem skupocenih metala platinske grupe je ključan za širu komercijalizaciju elektrolizera vode sa polimernom membranom u kiseloj sredini. U ovom radu su anodno formirani nizovi TiO2 nanotuba (TNT) najpre katodno redukovani uz delimičnu interkalaciju protona, a zatim dekorisani ultrafinim česticama iridijuma putem direktne galvanske izmene. Pokazano je da kontrolisana transformacija morfologije gornje površine TNT filma od uredno poređanih otvorenih tuba do neuređenih nanožica kasnije doprinosi povećanju broja dostupnih aktivnih mesta Ir. Za Ir@TNT kompozite sa slojem nanožica, visoka aktivnost za izdvajanje vodonika postignuta je već pri korišćenju veoma niskih koncentracija IrCl3 u rastvoru za galvansku izmenu. Sa sadržajem Ir od svega 5.7 μg cm–2, najbolja Ir@TNT katoda pokazala je prenapetost od –63 mV na gustini struje od –100 mA cm–2, kao i izvrsnu katalitičku i strukturnu stabilnost u rastvoru 1 M HClO4. Teorijske simulacije sugerišu da hidrogenovani TiO2 nosač stabilizuje istaloženi Ir, omogućava umerenu jačinu veze Ir–Hads i aktivno regeneriše površinu Ir tokom izdvajanja vodonika.