HEMCAT: Towards Non Iridium High Entropy Material Electrocatalysts for Oxygen Evolution Reaction in Acidic Media

Gli elettrolizzatori d'acqua a membrana a scambio di protoni sono una delle tecnologie più promettenti per la produzione di idrogeno. L'eliminazione del raro e costoso iridio negli attuali elettrocatalizzatori per la reazione di evoluzione dell'ossigeno (OER) in ambiente acido farebbe progredire notevolmente questa tecnologia per l'applicazione su larga scala. L'obiettivo del progetto HEMCAT è di produrre nuovi elettrocatalizzatori ad alte prestazioni (attivi e stabili) ed eliminare l'iridio negli elettrocatalizzatori OER. I materiali di interesse sono materiali ad alta entropia (HEM) che saranno preparati da leghe ad alta entropia (HEA) con il processo di ossidazione anodica. Gli HEA di partenza saranno selezionati, preparati in forma massiva e sottoposti a processi di ossidazione anodica per sintetizzare ossidi ad alta entropia (HEO) sotto forma di film nanostrutturati ad alta superficie su substrati HEA. Gli HEO saranno convertiti in HEM con vari trattamenti e saranno completamente caratterizzati in termini di stabilità, struttura e morfologia. Infine, saranno testati per le proprietà elettrocatalitiche nella reazione OER con tecniche di caratterizzazione all'avanguardia. Queste includeranno indagini sulle proprietà elettroniche e strutturali degli elettrocatalizzatori sintetizzati utilizzando tecniche di sincrotrone (spettroscopia di assorbimento dei raggi X (XAS) e diffrazione dei raggi X (XRD)) in condizioni ex-situ, in-situ e operando. HEMCAT affronta le questioni chiave dell'immagazzinamento e della conversione dell'energia in modo pulito, compatto e, in ultima analisi, a basso costo, facilitando allo stesso tempo il trasferimento di conoscenze intraeuropee e l'impatto diretto sulla società. I nuovi elettrocatalizzatori efficienti, stabili e poco costosi per l'OER in ambiente acido colmeranno il divario tra l'elettrocatalisi fondamentale e quella applicata e faciliteranno lo sviluppo di elettrocatalizzatori avanzati per applicazioni elettrocatalitiche.

Proton-exchange-membrane water electrolyzers are one of the most promising technologies for hydrogen production. Eliminating rare and expensive iridium in current electrocatalysts for the oxygen-evolution reaction (OER) in acidic media would greatly advance this technology for application on a large scale. The objective of the HEMCAT project is to produce new, cost-effective and high-performance (active and stable) electrocatalysts and to eliminate the iridium in OER electrocatalysts. The materials of focus are high-entropy materials (HEMs) that will be prepared from high-entropy alloys (HEAs) with the anodic oxidation process. Starting HEAs will be selected, prepared in bulk form and subjected to anodic oxidation processes to synthesise high-entropy oxides (HEOs) in the form of high-surface-area nanostructured films on HEA substrates. HEOs will be converted to HEMs with various treatments and will be fully characterized in terms of stability, structure and morphology. Finally, they will be tested for electrocatalytic properties in the OER reaction with state-of-the-art characterization techniques. These will include investigations of electronic and structural properties of synthesized cuttingedge electrocatalysts using synchrotron techniques (X-ray Absorption Spectroscopy (XAS) and X-ray diffraction (XRD) measurements) under ex-situ, in-situ and operando conditions. HEMCAT addresses key issues in energy storage and conversion that is clean, compact, and ultimately low-cost and at the same time facilitates intra-European knowledge transfer along with direct societal impacts. The new efficient, stable and inexpensive electrocatalysts for the OER in acidic media will bridge the gap between fundamental and applied electrocatalysis and facilitate the development of advanced electrocatalysts for electrocatalytic applications.