Lettenmeier, Philipp and Majchel, Jan and Wang, Li and Saveleva, Viktoriia and Zaferiatos, Spiros and Savinova, Elena and Gallet, Jean-Jacques and Bournel, Fabrice and Gago, Aldo and Friedrich, K. Andreas (2018) Highly active nano-sized iridium catalysts: synthesis and operando spectroscopy in a proton exchange membrane electrolyzer. Chemical Science. Royal Society of Chemistry. doi: 10.1039/C8SC00555A. ISSN 2041-6520.
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Abstract
A stable and cost effective oxygen evolution reaction (OER) catalyst is crucial for the large-scale market penetration of proton exchange membrane (PEM) water electrolyzers. We show that the synthesis of iridium nanoparticles in either low purity ethanol or water, or in the absence of a surfactant, is detrimental to the electrocatalytic properties of the materials. Adding NaBH4 in excess improves the purity of the catalyst enhancing the OER activity up to 100 A gIr−1 at 1.51 V vs. RHE, the highest value reported so far for high purity Ir nanoparticles. The measured OER activity correlates with the capacitive current rather than with the charge corresponding to the IrIII/IrIV oxidation peak. Operando near-ambient pressure X-ray photoelectron spectroscopy (NAP-XPS) on membrane electrode assemblies (MEAs) with the synthesized catalysts reveals a metallic core surrounded by a thin layer of IrIII/IV oxides/hydroxides. Oxidation of IrIII leaves behind a porous ultrathin layer of IrIV oxides/hydroxides, which dominate the surface during the OER, while IrV was not detected.
| Item URL in elib: | https://elib.dlr.de/125220/ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Document Type: | Article | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Title: | Highly active nano-sized iridium catalysts: synthesis and operando spectroscopy in a proton exchange membrane electrolyzer | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Authors: |
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| Date: | 2 February 2018 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Journal or Publication Title: | Chemical Science | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Refereed publication: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Open Access: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Gold Open Access: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| In SCOPUS: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| In ISI Web of Science: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DOI: | 10.1039/C8SC00555A | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Publisher: | Royal Society of Chemistry | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ISSN: | 2041-6520 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Status: | Published | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Keywords: | PEM Electrolysis, NAP-XPS, Iridium catalyst, CCM, MEA, Anode, Operando XPS analysis | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| HGF - Research field: | Energy | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| HGF - Program: | Storage and Cross-linked Infrastructures | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| HGF - Program Themes: | Electrolysis and Hydrogen | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DLR - Research area: | Energy | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DLR - Program: | E SP - Energy Storage | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DLR - Research theme (Project): | E - Elektrochemical Processes (Electrolysis) (old) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Location: | Stuttgart | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Institutes and Institutions: | Institute of Engineering Thermodynamics > Electrochemical Energy Technology | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Deposited By: | Gago, Aldo | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Deposited On: | 20 Dec 2018 14:52 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Last Modified: | 02 Nov 2023 12:02 |
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