L’oxyde de spinelle Co-Cr est un composé chimique constitué de cobalt, de chrome et d’oxygène, avec une structure cristalline spéciale connue sous le nom de spinelle. Dans cette structure, les ions métalliques cobalt et chrome sont disposés selon un motif spécifique avec les ions oxygène. L’oxyde de spinelle à base de Co est souvent utilisé comme électrocatalyseur, en particulier pour la réaction de dégagement d’oxygène.
Les électrocatalyseurs pour la réaction de dégagement d’oxygène sont souvent des oxydes de métaux nobles. L’oxyde de spinelle de Co offre en revanche une alternative abordable comme électrocatalyseur d’anode pour l’électrolyse de l’eau – la décomposition de l’eau en hydrogène et oxygène. Jusqu’à présent, cependant, l’oxyde de spinelle de Co perdait souvent son activité très rapidement pendant la réaction. Et c’est précisément là qu’intervient la recherche de la nouvelle étude.
« La réaction de dégagement d’oxygène est lente et constitue le goulot d’étranglement de l’ensemble du système, » déclare le Prof. Dr. Tong Li, Professeur de Caractérisation à l’Échelle Atomique à l’Université de la Ruhr à Bochum. L’élément chrome dans le catalyseur d’oxyde de spinelle Co-Cr n’est pas lui-même actif dans la réaction de dégagement d’oxygène. « Cependant, de manière intéressante, le catalyseur devient très actif et stable lorsqu’une grande quantité de chrome est ajoutée dans l’oxyde de spinelle de Co, » explique Tong Li. La raison en est que le chrome se dissout continuellement pendant la réaction, formant de l’oxyhydroxyde. « Cela permet une transformation réversible entre l’hydroxyde et l’oxyhydroxyde. Cette transformation active le cobalt dans le catalyseur et maintient son activité sur une longue période, » ajoute-t-elle.
« La lixiviation du chrome n’est donc pas mauvaise. Ce n’est pas du tout intuitif, » ajoute Tong Li à propos du résultat surprenant. Tong Li est une experte en tomographie par sonde atomique, une méthode qui aide à visualiser la distribution spatiale des matériaux atome par atome. Dans cette étude sur l’oxyde de spinelle Co-Cr, elle et ses collègues ont combiné cette méthode avec la microscopie électronique en transmission, la spectroscopie d’absorption des rayons X, la spectroscopie de photoémission X, la spectroscopie Raman in situ et les mesures électrochimiques.
L’étude montre que la dissolution continue du chrome peut améliorer significativement l’activité et la stabilité des électrocatalyseurs à base d’oxyde de spinelle de cobalt pour la réaction de dégagement d’oxygène. Cette recherche pourrait ouvrir la voie à des catalyseurs plus efficaces et durables. « La nouvelle compréhension atomique est cruciale pour optimiser les électrocatalyseurs pour des applications pratiques, comme la production d’hydrogène, un vecteur énergétique prometteur pour l’avenir, » conclut Tong Li.
Article : Atomic-Scale Insights Into Surface Reconstruction and Transformation in Co-Cr Spinel Oxides During the Oxygen Evolution Reaction – Journal : Nature Communications – Méthode : Experimental study – DOI : 10.1038/s41467-025-65626-x
Source : Université Ruhr / Bochum
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