Saveleva, Viktoriia A. and Wang, Li and Kasian, O. and Batuk, M. and Hadermann, J. and Gallet, J.-J. and Bournel, F. and Alonso-Vante, Nicolas and Ozouf, Guillaume and Beauger, Christian and Mayrhofer, Karl J. J. and Cherevko, S. and Gago, Aldo and Friedrich, Kaspar Andreas and Zafeiratos, Spyridon and Savinova, Elena (2020) Insight into the Mechanisms of High Activity and Stability of Iridium Supported on Antimony-Doped Tin Oxide Aerogel for Anodes of Proton Exchange Membrane Water Electrolyzers. ACS Catalysis, 10, pp. 2508-2516. American Chemical society (ACS). doi: 10.1021/acscatal.9b04449. ISSN 2155-5435.
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Abstract
The use of high amounts of iridium in industrial proton exchange membrane water electrolysers (PEMWE) could hinder their widespread use for the decarbonisation of society with green hydrogen. Non-thermally oxidised Ir nanoparticles supported on antimony-doped tin oxide (SnO2:Sb, ATO) aerogel allow decreasing the use of the precious metal by more than 70 %, while enhancing the electro-catalytic activity and stability. To date the origin of these benefits remains unknown. Here we present clear evidence on the mechanisms that lead to the enhancement of the electrochemical properties of the catalyst. Operando near ambient pressure X-ray photoelectron spectroscopy on membrane electrode assemblies reveals a low degree of Ir oxidation, attributed to the oxygen spill-over from Ir to SnO2:Sb. Furthermore, the formation of highly unstable Ir(III) species is mitigated, while the decrease of Ir dissolution in Ir/SnO2:Sb is confirmed by inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS). The mechanisms that lead to the high activity and stability of Ir catalyst supported on SnO2:Sb aerogel for PEMWE are thus unveiled. iridium, oxygen evolution reaction, operando photoelectron spectroscopy, antimony-doped tin oxide, reaction mechanism
| Item URL in elib: | https://elib.dlr.de/140074/ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Document Type: | Article | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Title: | Insight into the Mechanisms of High Activity and Stability of Iridium Supported on Antimony-Doped Tin Oxide Aerogel for Anodes of Proton Exchange Membrane Water Electrolyzers | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Authors: |
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| Date: | 11 January 2020 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Journal or Publication Title: | ACS Catalysis | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Refereed publication: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Open Access: | No | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Gold Open Access: | No | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| In SCOPUS: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| In ISI Web of Science: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Volume: | 10 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DOI: | 10.1021/acscatal.9b04449 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Page Range: | pp. 2508-2516 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Publisher: | American Chemical society (ACS) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ISSN: | 2155-5435 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Status: | Published | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Keywords: | iridium, oxygen evolution reaction, operando photoelectron spectroscopy, antimony-doped tin oxide, reaction mechanism | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 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: | Friedrich, Prof.Dr. Kaspar Andreas | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Deposited On: | 11 Jan 2021 17:00 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Last Modified: | 20 Jun 2021 15:54 |
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