{100} 단결정 수소화 티타네이트(H2Ti3O7)를 활용한 저함량 Irridium 수전해 양극 촉매 개발

Low-iridium Doped Single-crystalline Hydrogenated Titanates (H2Ti3O7) with Large Exposed {100} Facets for Enhanced Oxygen Evolution Reaction under Acidic Conditions

산성 조건에서의 산소 발생 반응(OER)의 효율 향상 및 안정적인 전기 촉매 개발은 양이온 교환 막 (PEM) 수전해 장치의 상용화를 위한 바람직한 목표다. 여기서 우리는 산성 OER에 대해 Ir 함량이 낮은 유망한 촉매로서 Ir이 도핑된 수소화 티타네이트 (Ir-HTO) 나노벨트를 보고한다. 크게 확인할 수 있는 {100}면이 있는 단결정 HTO 나노벨트에낮은 함량의 Ir(~3.36 at %)을 추가하면 산성 조건에서 OER에 대한 촉매 활성과 안정성이 크게 향상된다. Ir-HTO는 상용적인 대조군 IrO2 촉매보다 성능이 뛰어나다. 10mA cm-2의 전류밀도에서 과전압은 Ir-HTO가 25% 감소했다. Ir-HTO 촉매 성능은 산성 OER에 대한 가장 효율적인 전기 촉매로서 자리 잡고 있다. 심층적인 전기화학적 특성화를 통해 Ir- HTO에 대해 개선된 고유한 촉매 활성 및 안정성도 확인되었다. 따라서, 우리의 실험결과는 낮은 함량의 Ir이 도핑된 단결정 HTO 나노벨트가 산성조건에서 효율적이고 내구성 있는 OER 촉매로 유망 될 수 있음을 보여준다.

Development of efficient and stable electrocatalysts for oxygen evolution reaction (OER) under acidic conditions is desirable goal for commercializing proton exchange membrane (PEM) water electroyzer. Herein, we report iridium-doped hydrogenated titanate (Ir-HTO) nanobelts as a promising catalyst with a low-Ir content for the acidic OER. Addition of low-Ir (~ 3.36 at%) into the single-crystalline HTO nanobelts with large exposed {100} facets significantly boost catalytic activity and stability for OER under acidic conditions. The Ir-HTO outperforms the commenrcial benchmark IrO2 catalyst; an overpotential for delivering 10 mA cm-2 current density was reduced to about 25% for the Ir-HTO. Moreover, the catalytic performance of Ir-HTO is positioned as the most efficient electrocatalyst for the acidic OER. An improved intrinsic catalytic activity and stability are also confirmed for the Ir-HTO through in-depth electrochemical characterizations. Therefore, our results suggest that low-Ir doped single-crystalline HTO nanobelts can be a promising catalyst for efficient and durable OER under acidic conditions.