Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe
Electrochemical oxygen evolution on Hf2B2Ir5 electrode material
11. November 2020
The water electrolysis is an electrochemical way for production of hydrogen, which is considered as one of the future energy carrier molecules. Therefore, looking at numerous advantages of proton exchange membrane electrolysis compared to the classical alkaline variant, it’s efficiency and applicability on the large scale is of huge importance nowadays. However, the slow kinetics of the anode oxygen evolution reaction (OER) limits the overall electrolysis process and requires an active and stable electrocatalyst. Such need inspired the scientists of Chemical Metal Science and Physics of Correlated Matter departments at MPI CPfS together with the Fritz-Haber-Institut in Berlin to employ their longstanding expertise in chemistry of intermetallic compounds, electronic features of solid matter and electrocatalysis to make a step forward in this challenging direction. As a result of fruitful teamwork, the concept of cooperative phases with different stabilities under OER conditions was successfully demonstrated with the intermetallic compound Hf2B2Ir5 as a self-optimizing electrocatalyst for OER.
Based on chemical bonding analysis, the intermetallic compound Hf2B2Ir5 has a cage-like type of the crystal structure: the two-dimensional layers of B2Ir8 units are interconnected by two- and three-center Ir-Ir interactions to polyanionic framework and hafnium atoms are guesting in such anionic cages. The atomic interactions features are reflected in the electronic structure of Hf2B2Ir5 and its chemical behaviour under OER conditions. The initial electrochemical OER activity of Hf2B2Ir5 sustains during the continuous operation at elaborated current densities of 100 mA cm-2 for at least 240 h (Figure 1) and positions this material among Ir-based state-of-the-art electrocatalysts. The harsh oxidative conditions of OER activate the surface-limited changes of the pristine material and as a result the electrochemical performance is related to the cooperative work of Ir-terminated surface of the ternary compound itself and agglomerates of IrOx(OH)y(SO4)z particles (inset of Figure 1). The latter are formed mainly due to the oxidation of HfB4Ir3 secondary phase and near-surface oxidation of the investigated compound. The presence of at least two OER-active states of Ir, originated from the Hf2B2Ir5 under OER conditions, was confirmed by the XPS analysis (Figure 2). The experimental data (electrochemical results, material characterization using bulk-and surface-sensitive methods, elemental analysis of the used electrolyte) are consistent with the chemical bonding analysis. The illustrated concept of cooperative phases with different chemical stabilities under OER conditions can be explored to other systems and offers a perspective knowledge-based way for discovery of new effective OER-electrocatalysts.
Wissenschaftler am MPI CPfS und dem Weizmann-Institut haben einen aufregenden neuen Ansatz zur Erzeugung sauberer Wasserstoffenergie entdeckt, bei dem eine bemerkenswerte Klasse von Kristallen verwendet wird, die die Quanteneigenschaften von Elektronen nutzen.
Claudia Felser wurde von der Materials Research Society mit dem renommierten Von Hippel Award ausgezeichnet. Außerdem ist sie erneut als Clarivate Highly Cited Researcher gelistet. Diese Anerkennungen sind ein Beweis für ihre bahnbrechenden Beiträge auf dem Gebiet der Materialwissenschaften, insbesondere im Bereich der topologischen…
Die Doktorandin Fatma Aras wurde für ihre wissenschaftliche Arbeit mit dem Titel „Mo2TMB2 (TM: Fe, Co, Ni) als Kathoden für die Wasserelektrolyse“ mit dem Best Poster Prize ausgezeichnet.
Dresdens Superlauf – Lust, Laune und ein bisschen Leiden. So überschrieb eine der lokalen Zeitungen ihren Bericht über die Rewe-Team Challenge Dresden 2024. Und wohl genauso haben die Läuferinnen und Läufer aus dem MPI CPfS diesen Lauf über 5 km empfunden – wobei eindeutig die gute Laune vorherrschte…
Während der Asienreise einer MPG-Delegation überreicht Präsident Patrick Cramer die Ernennungsurkunde zum Leiter einer Max-Planck-Partnergruppe am MPI CPfS an Dr. Satya Guin.
Herzliche Glückwünsche gehen an Sushmita Chandra, Xialong Feng und Ning Mao zum Humboldt Postdoc-Forschungsstipendium in der Abteilung topologische Quantenchemie!
Herzliche Glückwünsche für Claire Donnelly, die Leiterin unserer Spin3D-Gruppe, für die Verleihung des Heinz Maier Leibnitz Preises der Deutschen Forschungsgemeinschaft!