Điện phân nước màng trao đổi proton (PEMWE) đã nổi lên như một hướng phát triển hydro xanh quan trọng nhờ mức tiêu thụ năng lượng thấp, hiệu suất cao, độ tinh khiết hydro cao và khả năng đáp ứng nhanh với dao động công suất lớn, khiến nó vốn dĩ tương thích với tính gián đoạn của năng lượng tái tạo. Tuy nhiên, công nghệ này, đặc biệt là c cực dương, phụ thuộc nhiều vào kim loại quý iridi (Ir) làm chất xúc tác, với lượng sử dụng đáng kể, điều này đã trở thành một trong những nút thắt chính cản trở việc ứng dụng quy mô lớn của nó. Việc giảm tải lượng kim loại quý một cách mù quáng dễ dẫn đến sự suy giảm mạnh các vị trí hoạt động, sự sụp đổ của cấu trúc lớp xúc tác mỏng và gián đoạn các đường dẫn điện tử. Do đó, đạt được sự giảm đáng kể tải lượng của chất xúc tác dựa trên Ir (≤0.5 mgIr cm⁻²) là một thách thức lớn đối với việc mở rộng quy mô điện phân nước PEM.
Để giải quyết thách thức này, một nhóm nghiên c cứu do Nhà nghiên c cứu Dương Hối từ Viện Nghiên c cứu Cao cấp Thượng Hải thuộc Học viện Khoa học Trung Quốc dẫn đầu, hợp tác với nhóm R&D Ninh Ba Trung Khoa Kỹ Sáng, đã đạt được tiến bộ đáng kể. Bằng cách đồng nhất đưa vào một lượng vết nguyên tử ceri (Ce) vào vật liệu đỡ Nb₂O₅ và tải bề mặt các hạt nano IrOx siêu mịn (<2 nm), nhóm nghiên c cứu đã thành công xây dựng một chất xúc tác dựa trên Ir được đỡ (IrOx@Ir/Ce-Nb₂O₅) với tương tác mạnh giữa kim loại oxit và chất đỡ.
Được biết, việc pha tạp nguyên tử Ce vào vật liệu đỡ không chỉ nâng cao khả năng chuyển điện tử giữa chất đỡ và các trung tâm hoạt động mà còn bảo toàn tính toàn vẹn mạng tinh thể của vật liệu hoạt động Ir/IrOx, ngăn ngừa hiệu quả sự suy giảm hoạt tính xúc tác nhanh chóng. Các thử nghiệm hiệu suất cho thấy chất xúc tác này thể hiện thế quá cảm ứng phản ứng thoát oxy axit chỉ 275 mV@10 mA cm⁻² và chứng minh hoạt tính cùng độ ổn định xuất sắc trong điều kiện vận hành điện c cực màng thực tế. Thử nghiệm độ bền lâu dài hiện đang được tiến hành ở mức tải thấp (0.3 mgIr cm⁻²), đặt nền tảng kỹ thuật quan trọng cho việc giảm chi phí, nâng cao hiệu suất và cho phép ứng dụng quy mô lớn điện phân nước PEM.
