Оптимизация состава и структуры катализаторов с пониженным содержанием иридия для анодов электролизеров с протонообменной мембраной с целью повышения активности и стабильности каталитических материалов в реакции выделения кислорода

Для получения «зеленого» водорода чаще всего применяют технологию электролиза с протонообменной мембраной (ПОМ). Однако медленная кинетика реакции выделения кислорода и недостаточная долговечность катализатора снижают эффективность установок и широкомасштабное применение электролизеров. Большое внимание в последние годы уделено разработке высокоэффективных, долговечных и экономичных электрокатализаторов реакции выделения кислорода. В условиях работы анода ПОМ-электролизера появляется высокое перенапряжение, которое совместно с кислой средой требует присутствия только высокостабильных материалов. Драгоценный металл Ir и его оксиды считаются наиболее подходящими материалами, проявляющими повышенную каталитическую активность и коррозионно-морфологическую стабильность в условиях работы анода электролизера. На сегодняшний день мировым трендом в области создания электрокатализаторов является поиск материалов с повышенной стабильностью и сниженным содержанием редкого элемента (иридия). Данный проект направлен на разработку и создание новых би- и три металлических Ir-содержащих электрокатализаторов для анода ПОМ-электролизера, обладающих более высокой стабильностью по сравнению с коммерческими IrOx и Ir аналогами и при этом не уступающих последним по активности в реакции выделения кислорода. Второй задачей является определение оптимальных методов оценки функциональных характеристик (площадь электрохимически активной поверхности, активность в реакции выделения кислорода) катализаторов в трёхэлектродной ячейке, оптимизация существующих экспресс-методик определения стабильности катализаторов с целью более достоверной и воспроизводимой оценки по сравнению с используемыми. Актуальность проекта обусловлена потребностью развития фундаментальных представлений о закономерностях процессов и явлений, протекающих при функционировании нанесенных электрокатализаторов и способах повышения их активности в реакции выделения кислорода и стабильности. Другой причиной, обусловливающей актуальность проекта, является практическая потребность в подборе оптимального состава каталитических чернил и метод формирования каталитического слоя на торце вращающегося дискового электрода, которые будут обеспечивать воспроизводимость получаемых данных в ходе электрохимического эксперимента. Определение условий оценки активности в реакции выделения кислорода и оптимизация протоколов стресс-тестирования Ir-содержащих катализаторов позволит получить достоверные результаты с возможностью сравнения с аналогами. Важной практической значимостью обладает получение нового поколения Ir-содержащих электрокатализаторов, обладающих более высокими функциональными характеристиками по сравнению с известными коммерческими аналогами. Научная новизна определяется двумя аспектами исследования: - в создании новых электрокатализаторов, превосходящих известные на сегодняшний день коммерческие IrOx и Ir материалы по производительности в токообразующих реакциях (по сочетанию высоких значений активности в реакции выделения кислорода и стабильности). - в оптимизации построения электрохимического эксперимента в трехэлектродной ячейке для экспресс оценки функциональных характеристик: материалов.