Proton Exchange Membrane (PEM)vattenelektrolysteknik kan direkt kopplas till fluktuerande förnybara energikällor förväteproduktion. Detta tillvägagångssätt säkerställer inte bara nätsäkerhet utan möjliggör också omfördelning av förnybara resurser, vilket gör det till en avgörande teknisk grund för att uppnå koldioxidneutralitet. Men på grund av den sura miljön avPEM vattenelektrolys, tekniken förlitar sig för närvarande starkt på iridium, en ädelmetall som är stabil under sura förhållanden, som anodkatalysator. Iridium är en av de sällsynta resurserna på jorden, med en årlig produktion på endast 6-8 ton, och dess brist utgör en betydande utmaning för att skala upp PEM-baserad väteproduktion.
Som svar på detta upptäckte og utnyttjade forskargruppen under ledning av Ryuhei Nakamura en speciell affinitet mellan mangan (Mn) och iridium (Ir), och utvecklade en mycket stabil, atomärt dispergerad sexvärd iridiumkatalysator (IrVI-ado). Denna nya katalysator bibehåller hög aktivitet och stabilitet samtidigt som den minskar iridiumbelastningen till under 0,1 mg/cm², mer än 95 % lägre än den nuvarande iridiumbelastningen vid PEM-vattenelektrolys (2-4 mg/cm²). Jämfört med de vanligen använda Ir4+-katalysatorerna har denna nya katalysator ett högre valenstillstånd (Ir⁶+) och är atomärt dispergerad på ytan av y-MnO2. Ir⁶⁺-tillståndet förbättrar iridiums inneboende aktivitet och stabilitet, medan dispersion på atomnivå tillåter nästan 100 % användning av iridium. Teamet genomförde en omfattande analys av Ir-katalysatorns syntes, strukturella egenskaper och PEM-vattenelektrolysprestanda, för att klargöra interaktionen mellan Mn och Ir och demonstrera katalysatorns överlägsna prestanda med en iridiumbelastning på mindre än 0,1 mg/cm² i PEM elektrolysörer.
Forskningsresultaten publicerades iVetenskapunder titeln "Atomically Dispersed Hexavalent Iridium Oxide from MnO₂ Reduction for Oxygen Evolution Catalysis." Motsvarande författare är Ailong Li och Ryuhei Nakamura, med Ailong Li och Shuang Kong som de första författarna.
