Membrana wymiany protonów (PEM)technologia elektrolizy wody może być bezpośrednio łączona z niestabilnymi odnawialnymi źródłami energiiprodukcja wodoru. Takie podejście nie tylko zapewnia bezpieczeństwo sieci, ale także umożliwia redystrybucję zasobów odnawialnych, co czyni je kluczowym fundamentem technologicznym dla osiągnięcia neutralności węglowej. Jednakże ze względu na kwaśne środowiskoElektroliza wody PEM, technologia ta obecnie w dużym stopniu opiera się na irydzie, szlachetnym metalu, który jest stabilny w warunkach kwaśnych, jako katalizatorze anodowym. Iryd jest jednym z najrzadszych zasobów na Ziemi, którego roczna produkcja wynosi zaledwie 6-8 ton, a jego niedobór stanowi poważne wyzwanie dla skalowania produkcji wodoru opartej na PEM.
W odpowiedzi na to zespół badawczy kierowany przez Ryuhei Nakamurę odkrył i wykorzystał szczególne powinowactwo manganu (Mn) i irydu (Ir), opracowując wysoce stabilny, atomowo rozproszony sześciowartościowy katalizator irydowy (IrVI-ado). Ten nowy katalizator utrzymuje wysoką aktywność i stabilność, jednocześnie redukując obciążenie irydem do poniżej 0,1 mg/cm², ponad 95% mniej niż obecne obciążenie irydem w elektrolizie wody PEM (2-4 mg/cm²). W porównaniu do powszechnie stosowanych katalizatorów Ir⁴⁺, ten nowy katalizator ma wyższy stan walencyjny (Ir⁶⁺) i jest atomowo rozproszony na powierzchni γ-MnO₂. Stan Ir⁶⁺ zwiększa wewnętrzną aktywność i stabilność irydu, podczas gdy dyspersja na poziomie atomowym pozwala na prawie 100% wykorzystanie irydu. Zespół przeprowadził kompleksową analizę syntezy, charakterystyki strukturalnej i wydajności elektrolizy wody PEM katalizatora Ir, wyjaśniając interakcję między Mn i Ir i wykazując lepszą wydajność katalizatora przy zawartości irydu mniejszej niż 0,1 mg/cm² w elektrolizerach PEM.
Wyniki badań opublikowano wNaukapod tytułem "Atomically Dispersed Hexavalent Iridium Oxide from MnO₂ Reduction for Oxygen Evolution Catalysis." Autorami korespondencyjnymi są Ailong Li i Ryuhei Nakamura, przy czym Ailong Li i Shuang Kong są pierwszymi autorami.
