Iridium, the most-used oxygen evolution reaction (OER) catalyst substance, needs to be used at minimal expense due to its high price and limited supply. However, abnormally large cell polarizations restrict the use of low iridium-loaded anode in proton exchange membrane water electrolysis (PEMWE). Herein, we present one-dimensional iridium nanofiber that enables a high current density operation of 3 A cm-2 at 1.86 V even at ultralow loading (as low as 0.07 mgIr cm-2). Our nanofiber catalyst circumvents the interfacial electron transport problem posed by the native oxide on Ti porous transport layer. We attributed this to the low work function and low ionomer exposure that does not create the upward band bending in the native oxides. Besides, outstanding pore distribution and in-plane electron conductivity enhanced the two-phase transport and catalyst utilization, respectively, which enables the high current operation. This work highlights the efficacy of the one-dimensional iridium nanofiber as an anode catalyst of PEMWE especially at low loading.
이리듐은 산소 발생 반응 (OER)에서 가장 많이 사용되는 촉매로, 높은 가격과 제한된 공급량 때문에 최소한의 비용으로 사용되어야 한다. 그러나, 비정상적으로 큰 과전압은 양이온 교환막 수전해 (PEMWE)에서 낮은 이리듐 함량의 촉매층 사용을 제한한다. 본 연구에서는 낮은 이리듐 함량 (0.07 mgIr cm-2)에서도 1.86 V에서 3 A cm-2의 고 전류 구동을 가능하게 하는 1차원 구조의 이리듐 나노 섬유를 제시하였다. 이리듐 나노 섬유는 티타늄 다공성 수송층 표면의 산화 티타늄 층에 의해 야기되는 계면 전자 이동 문제를 해결할 수 있었으며, 이는 낮은 일함수를 가지는 표면 특성과 더불어 이오노머의 노출을 줄일 수 있는 구조적 특성으로 인해 산화 티타늄의 밴드 벤딩 현상을 억제할 수 있었기 때문이다. 또한, 우수한 기공 분포와 면 내 전자 전도성은 각각 물과 산소 기체의 이상 수송 및 촉매 활용률을 향상시켜 낮은 이리듐 함량의 양이온 교환막 수전해에서 고 전류 구동을 가능하게 하였다. 본 연구는 특히 매우 낮은 이리듐 함량의 양이온 교환막 수전해에서 1차원 이리듐 나노 섬유의 효과를 강조하였다.
