Polymer electrolyte membrane water electrolyte(PEMWE) is a technology that can convert electricity into green hydrogen, which is one of the key elements for operating a hydrogen society. Development of highly active and durable catalysts to reduce usage of iridium for oxygen evolution reaction(OER) is essential for cost-effective hydrogen production. In this work, we present an approach to iridium nanosheet(NS) catalysts supported on titanium oxide(TiO2). Ir NSs were synthesized by a facile method by directly annealing a mixture of Ir precursor and alkali salt, and then TiO2 was introduced to maximize an active area of the Ir NS/TiO2 catalyst. In the process of optimizing the catalysts, we revealed that the weight percentage (wt.%) of Ir is a crucial factor in determining the electrical conductivity and ECSA of Ir NS/TiO2 catalysts, which affects OER activities. We revealed that Ir NS/TiO2 catalysts have higher electrical conductivity than Ir NP/TiO2 and wider ECSA than Ir black and Ir NP/TiO2 catalysts. In particular, Ir NS/TiO2_40 wt.% catalysts exhibited superior OER activity and durability than Ir black and Ir NP/TiO2 with same Ir wt.%.
고분자 전해질 수전해는 에너지를 그린 수소로 전환하는 기술로써, 수소 사회를 가동시킬 수 있는 중요 요소 중 하나이다. 고분자 전해질 수전해의 상용화를 위해서는 산소발생반응용 촉매인 이리듐의 사용량을 저감할 수 있는 고활성 및 고내구성의 촉매를 개발하는 것이 필수적이다. 본 연구에서는 이를 위해 타이타늄 산화물을 담지체로 하는 이리듐 나노 시트 촉매를 개발하였다. 이리듐 전구체와 알칼리 염의 혼합물에 대해 직접 열처리를 통하여 간단한 합성법으로 이리듐 나노 시트를 합성하였으며, 타이타늄 산화물을 도입하여 촉매의 활성 면적을 최대화하였다. 촉매를 최적화하는 과정에서 이리듐의 중량비가 촉매의 전기 전도도 및 ECSA를 결정하는 중요한 요소이며, 이는 촉매의 산소발생반응 활성에 영향을 준다는 것을 알아냈다. 합성한 Ir NS/TiO2 촉매는 나노 파티클을 갖는 Ir NP/TiO2 촉매보다 전기전도도가 높고, 상용 이리듐 블랙 촉매 및 Ir NP/TiO2 촉매보다 넓은 ECSA를 가지는 것을 확인하였다. 특히, Ir NS/TiO2_40 wt.% 촉매는 동일한 Ir wt.%의 Ir black 및 Ir NP/TiO2에 비해 우수한 OER 활성과 내구성을 보였다.
