L’hydrogène, ce gaz hautement combustible, pourrait être la clé pour atteindre nos objectifs énergétiques propres, à condition qu’il soit produit de manière écologiquement responsable. Un nouvel électro-catalyseur, fabriqué de manière simple et économique, pourrait bien changer la donne.
L’hydrogène est principalement produit à partir de combustibles fossiles, contribuant ainsi au réchauffement climatique. La production d’hydrogène à partir de l’eau par la réaction d’évolution de l’hydrogène (HER) nécessite l’utilisation d’un catalyseur, un agent qui réduit la quantité d’énergie nécessaire pour une réaction chimique.
Jusqu’à récemment, ces catalyseurs étaient constitués de métaux de terres rares, comme le platine, ce qui réduisait l’efficacité économique et la praticité de la production d’hydrogène propre.
Un groupe de scientifiques des matériaux de l’Université de Technologie de Dalian, en Chine, a fabriqué un électro-catalyseur, un catalyseur qui utilise l’électricité, à partir de matériaux bon marché et par des méthodes simples. Cet électro-catalyseur réduit efficacement l’énergie nécessaire pour produire de l’hydrogène propre à partir de l’eau. De plus, l’alliage de siliciure de fer-nickel (FeNiSi) réduit également l’énergie nécessaire pour produire de l’oxygène à partir de l’eau, rendant le catalyseur bifonctionnel.
Les déclarations des chercheurs
Les chercheurs ont publié leur étude dans Nano Research Energy. Yifu Zhang, auteur principal de l’étude et chercheur à l’École de Chimie de l’Université de Technologie de Dalian (DLUT), a précisé : « Ce qui limite vraiment le développement et l’application pratique de la technologie d’électrolyse de l’eau, ce sont les matériaux électro-catalytiques. À l’heure actuelle, les catalyseurs courants, tels que les métaux précieux, sont pour la plupart des catalyseurs à fonction unique, ce qui limite l’application pratique de l’électrolyse de l’eau pour la production d’hydrogène. Par conséquent, la recherche et le développement de matériaux électro-catalytiques bifonctionnels efficaces, stables, bon marché et respectueux de l’environnement est un objectif principal dans le domaine de l’électro-catalyse. »
La fabrication de l’électrocatalyseur
L’équipe de recherche a fabriqué le FeNiSi en deux étapes. Tout d’abord, de l’argile naturelle magadiite, une source de silicium, du chlorure de fer et du chlorure de nickel ont été chauffés sous pression pour créer un silicate de fer-nickel.
Le silicate de fer-nickel a ensuite été combiné et chauffé avec du magnésium et du chlorure de sodium (sel de table) pour développer la structure ordonnée de l’alliage FeNiSi. Il faut noter que c’est la première fois qu’un alliage de siliciure métallique a été fabriqué en utilisant ce type de réaction chimique avec des silicates métalliques comme matériau de réaction.
Les performances de l’électro-catalyseur
Des techniques de caractérisation par microscopie électronique et rayons X ont révélé que le processus de fabrication a créé de nombreuses structures poreuses dans l’alliage FeNiSi final, augmentant ainsi sa surface et ses performances électro-catalytiques globales.
L’alliage FeNiSi réduit le potentiel nécessaire pour séparer l’oxygène et l’hydrogène de l’eau de 308 mV pour la réaction d’évolution de l’oxygène (OER) et de 386 mV pour la HER, respectivement, à un courant de 10 mA·cm−2. L’électro-catalyseur a également démontré une durabilité suffisante après 15 heures d’utilisation.
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En synthèse
En conclusion, l’équipe de recherche est optimiste quant à la contribution du FeNiSi et d’autres silicates de métaux de transition à la synthèse de l’hydrogène propre pour les besoins énergétiques futurs.
Comme l’a déclaré Zhang, « Ce travail non seulement fournit une méthode facile pour la synthèse de siliciure intermétallique avec des structures poreuses considérables, mais permet également au siliciure intermétallique d’être considéré comme un électro-catalyseur bifonctionnel pour l’EWS. Des électrocatalyseurs de siliciure intermétallique efficaces et à faible coût offriront de nouvelles opportunités pour la conversion de l’énergie renouvelable. »
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce que l’hydrogène propre ?
L’hydrogène propre est un gaz qui est produit de manière écologiquement responsable, généralement à partir de l’eau plutôt que de combustibles fossiles.
Qu’est-ce qu’un électro-catalyseur ?
Un électro-catalyseur est un type de catalyseur qui utilise l’électricité pour faciliter une réaction chimique.
Qu’est-ce que le siliciure de fer-nickel (FeNiSi) ?
Le FeNiSi est un alliage de fer, de nickel et de silicium qui a été utilisé pour créer un nouvel électro-catalyseur pour la production d’hydrogène propre.
Comment le FeNiSi a-t-il été fabriqué ?
Le FeNiSi a été fabriqué en deux étapes, en utilisant de l’argile naturelle, du chlorure de fer et de nickel, du magnésium et du sel de table.
Quels sont les avantages de l’utilisation du FeNiSi comme électro-catalyseur ?
Le FeNiSi réduit l’énergie nécessaire pour produire de l’hydrogène et de l’oxygène à partir de l’eau, ce qui rend la production d’hydrogène propre plus économique et pratique.
Principaux enseignements
| Enseignements |
|---|
| L’hydrogène propre est produit de manière écologiquement responsable |
| Un nouvel électrocatalyseur a été créé à partir de FeNiSi |
| Le FeNiSi réduit l’énergie nécessaire pour produire de l’hydrogène et de l’oxygène à partir de l’eau |
| Le FeNiSi a été fabriqué en deux étapes, en utilisant de l’argile naturelle, du chlorure de fer et de nickel, du magnésium et du sel de table |
| L’électrocatalyseur a démontré une durabilité après 15 heures d’utilisation |
Références
Article : « Alliage intermétallique de siliciure de nickel ferrique dérivé de la magadiite par réaction magnésiothermique en tant qu’électrocatalyseur bifonctionnel pour la séparation globale de l’eau » – DOI:10.26599/NRE.2023.9120104 / Nano Research Energy
