Het Korea Instituut voor Wetenschap en Technologie (KIST, waarnemend voorzitter:Yoon Seok-jin) kondigde aan dat een onderzoeksteam, geleid door Dr. Oh Hyung-Suk en Dr. Lee Woong-hee, bij het Clean Energy Research Center van KIST, een technologie ontwikkeld om het gebruik van edelmetaalkatalysatoren op elektroden waar zuurstof wordt geproduceerd te verminderen. Het gebruik van edelmetaalkatalysatoren is een van de problemen die de praktische toepassing van kunstmatige fotosynthesetechnologie in de weg staan.

Kunstmatige fotosynthesetechnologie omvat het kunstmatig herscheppen van een proces, zoals het proces dat bij planten wordt gezien, door welk water, zonlicht, en koolstofdioxide (CO ₂ ) worden omgezet in koolwaterstoffen en zuurstof, met chlorofyl als katalysator. Deze technologie heeft veel aandacht gekregen omdat het schone energie en chemicaliën met toegevoegde waarde kan produceren en tegelijkertijd koolstofdioxide kan absorberen.

Om deze technologie te commercialiseren, de efficiëntie van de katalysator, die in planten, is het chlorofyl, moeten worden verbeterd en de bijbehorende kosten moeten worden verlaagd. Van de effectieve elektrochemische katalysatoren die tot nu toe zijn bestudeerd, Op iridium gebaseerde katalysatoren bleken enkele van de meest stabiele en best presterende te zijn en staan ​​daarom algemeen bekend als enkele van de beste zuurstofproducerende katalysatoren. Echter, iridium is duur en de reserves en het productievolume zijn vrij beperkt. Onlangs, er is veel onderzoek gedaan naar het verminderen van het gebruik van iridium en het verbeteren van de prestaties van de katalysator.

Een van de meest effectieve methoden om het gebruik van iridium te verminderen, is het vervaardigen van een katalysator van een iridiumlegering op nanoschaal met goedkope metalen. Het gezamenlijke onderzoeksteam van de KIST-Technische Universiteit van Berlijn (TU-Berlijn) ontwikkelde een kern-shell nanokatalysator met een iridiumoxide-omhulsel door nanodeeltjes van iridium-kobaltlegering te gebruiken om het gebruik van iridium te verminderen.

Het onderzoeksteam van KIST gebruikte verschillende in-situ/operando analytische technieken om een ​​effectieve katalysator te ontwerpen. Met behulp van een in-situ/operando röntgenabsorptiespectroscopie, ze ontdekten dat de katalysator, met zijn kern-schaalstructuur, had hoge prestaties vanwege de korte afstand tussen het iridium en zuurstof in de katalysator. Ze onderzochten de katalysator verder, met behulp van een in-situ/operando inductief gekoppeld plasma (ICP) analytische techniek, en vond dat het een hoge duurzaamheid had vanwege het relatief kleine verlies van de katalysator. Het is zelfs nog significanter dat deze resultaten werden verkregen tijdens feitelijke katalysatorreactieprocessen. De resultaten van deze analyses zullen worden gebruikt om verschillende katalysatoren te ontwerpen.

De door het onderzoeksteam van KIST ontwikkelde katalysator gebruikt 20% minder iridium, een edel metaal, dan bestaande katalysatoren en vertoont minstens 31% hogere prestaties. Om de praktische haalbaarheid van de katalysator te verifiëren, is een langetermijntest met kraanwater uitgevoerd. Wanneer getest, de katalysator behield honderden uren lang een hoog prestatieniveau, wijst op een hoge duurzaamheid.

Toen de ontwikkelde katalysator werd toegepast op het eigenlijke kooldioxide-omzettingssysteem, de benodigde energie tijdens het proces werd met meer dan de helft verminderd. Dit resulteerde in meer dan twee keer de hoeveelheid verbindingen die gewoonlijk bij hetzelfde voltage worden geproduceerd met behulp van andere iridiumoxidekatalysatoren.

"We gebruikten een kern van een iridium-kobaltlegering en een nanokatalysator met kern-schaal en een omhulsel van iridiumoxide om de prestaties van de zuurstofontwikkelingsreactie en duurzaamheid aanzienlijk te verbeteren, wat waren de problemen die eerder werden geassocieerd met de elektrochemische CO ₂ conversie systeem, " zei Dr. Oh Hyung-Suk van KIST, die het onderzoek leidde. "Ik verwacht dat dit onderzoek een grote bijdrage zal leveren aan de uitvoerbaarheid van de elektrochemische CO ₂ conversiesysteem omdat het kan worden toegepast op waterelektrolysesystemen voor de productie van waterstof en verschillende andere elektrolysesystemen."