Les scientifiques américains viennent de faire une découverte majeure dans le domaine de la production d’hydrogène vert. En développant un nouveau catalyseur plus efficace pour la réaction d’évolution de l’oxygène, ils ont réussi à réduire considérablement la quantité d’iridium nécessaire, un métal rare et coûteux. Cette avancée pourrait révolutionner la production d’hydrogène vert, un carburant prometteur pour réduire les émissions de gaz à effet de serre.
La production d’hydrogène vert est un processus complexe qui nécessite deux réactions électrochimiques distinctes. La réaction d’évolution de l’oxygène, qui se produit à l’anode de l’électrolyseur, est la partie la plus difficile car elle nécessite un catalyseur pour séparer les ions d’hydrogène (H+) de l’oxygène (O). L’iridium est actuellement le catalyseur de choix pour cette réaction, mais il est rare et coûteux.
Un nouveau catalyseur plus efficace
Les scientifiques du Laboratoire national de Brookhaven et de l’Université Columbia ont développé un nouveau catalyseur conçu «de bas en haut» à partir de calculs théoriques visant à minimiser la quantité d’iridium nécessaire et à maximiser la stabilité du catalyseur dans des conditions acides. Le catalyseur est composé d’un noyau de nitrure de titane recouvert de couches d’iridium.
Les résultats des expériences ont validé les prédictions. Le nouveau catalyseur est environ quatre fois plus efficace que le catalyseur commercial actuel, ce qui signifie qu’il nécessite quatre fois moins d’iridium pour produire le même taux d’hydrogène.
Calculs théoriques et expériences
Les calculs de théorie de la fonction de densité ont été utilisés pour modéliser comment différentes couches d’iridium sur le nitrure de titane affecteraient la stabilité et l’activité du catalyseur dans des conditions de réaction d’évolution de l’oxygène acides. Les simulations ont prédit que deux ou trois couches d’iridium amélioreraient à la fois la performance et la stabilité catalytique.
Les expériences ont confirmé ces prédictions. Les études de caractérisation ont montré que l’interaction entre l’iridium et le titane est essentielle pour la stabilité et l’activité du catalyseur.
Perspectives pour la production de masse
Le défi restant est de produire ce catalyseur à grande échelle. Les scientifiques actuels ne peuvent produire que des quantités milligrammes de catalyseur par lot, ce qui est insuffisant pour produire des quantités industrielles d’hydrogène vert.
Une fois ce défi relevé, ce catalyseur pourrait aider à réduire le coût de la production d’hydrogène vert et à rapprocher les scientifiques de la production de grandes quantités d’hydrogène vert.
Article : « Theoretical Prediction and Experimental Verification of IrOx Supported on Titanium Nitride for Acidic Oxygen Evolution Reaction » – DOI: 10.1021/jacs.4c02936
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