Màng trao đổi proton (PEM)công nghệ điện phân nước có thể kết hợp trực tiếp với các nguồn năng lượng tái tạo biến động đểsản xuất hydro. Cách tiếp cận này không chỉ đảm bảo an toàn lưới điện mà còn cho phép phân phối lại các nguồn tài nguyên tái tạo, biến nó thành nền tảng công nghệ quan trọng để đạt được tính trung hòa carbon. Tuy nhiên, do môi trường có tính axit củaĐiện phân nước PEM, công nghệ hiện nay phụ thuộc rất nhiều vào iridi, một kim loại quý ổn định trong điều kiện axit, làm chất xúc tác anode. Iridi là một trong những nguồn tài nguyên hiếm nhất trên Trái Đất, với sản lượng hàng năm chỉ 6-8 tấn, và sự khan hiếm của nó đặt ra thách thức đáng kể cho việc mở rộng quy mô sản xuất hydro dựa trên PEM.
Để ứng phó với vấn đề này, nhóm nghiên cứu do Ryuhei Nakamura đứng đầu đã phát hiện và khai thác ái lực đặc biệt giữa mangan (Mn) và iridi (Ir), phát triển chất xúc tác iridi hóa trị sáu phân tán nguyên tử có độ ổn định cao (IrVI-ado). Chất xúc tác mới này duy trì hoạt động và độ ổn định cao trong khi giảm lượng iridi xuống dưới 0,1 mg/cm², thấp hơn 95% so với lượng iridi hiện tại trong quá trình điện phân nước PEM (2-4 mg/cm²). So với các chất xúc tác Ir⁴⁺ thường dùng, chất xúc tác mới này có trạng thái hóa trị cao hơn (Ir⁶⁺) và được phân tán nguyên tử trên bề mặt của γ-MnO₂. Trạng thái Ir⁶⁺ tăng cường hoạt động nội tại và độ ổn định của iridi, trong khi sự phân tán ở cấp độ nguyên tử cho phép sử dụng iridi gần 100%. Nhóm nghiên cứu đã tiến hành phân tích toàn diện về quá trình tổng hợp, đặc điểm cấu trúc và hiệu suất điện phân nước PEM của chất xúc tác Ir, làm rõ tương tác giữa Mn và Ir và chứng minh hiệu suất vượt trội của chất xúc tác với lượng iridi dưới 0,1 mg/cm² trong máy điện phân PEM.
Các phát hiện nghiên cứu đã được công bố trongKhoa họcdưới tiêu đề "Oxit Iridium hóa trị sáu phân tán nguyên tử từ quá trình khử MnO₂ để xúc tác giải phóng oxy." Các tác giả liên hệ là Ailong Li và Ryuhei Nakamura, với Ailong Li và Shuang Kong là tác giả đầu tiên.
