L’hydrogène, en tant que combustible, ne contribue pas au réchauffement climatique. La majorité de l’hydrogène actuellement produit provient pourtant de combustibles fossiles, un processus qui libère des gaz à effet de serre dans l’atmosphère.
La production d’hydrogène à partir de sources propres, comme la division des molécules d’eau par l’électricité via l’électrolyse, est essentielle pour atteindre la neutralité carbone future. Les méthodes actuelles restent toutefois inefficaces et limitent la praticité commerciale des technologies basées sur l’hydrogène.
Un nouvel électro-catalyseur exploite une activité électrochimique améliorée, une surface de réaction et une durabilité pour améliorer l’efficacité de la production d’hydrogène par électrolyse.
Une avancée significative dans la production d’hydrogène
Des chercheurs du Centre d’Excellence pour la Technologie de l’Énergie et de la Catalyse NaNo (CONNECT), de l’Université de Xiamen en Malaisie, ont synthétisé et caractérisé un électrocatalyseur efficace et durable pour l’électrolyse de l’eau. Cet électro-catalyseur est composé de disulfure de tungstène (WS2), un matériau bidimensionnel aux propriétés semi-conductrices, qui fonctionne comme un accepteur ou un donneur d’électrons dans la réaction d’électrolyse.
L’électro-catalyseur, WS2/N-rGO/CC, est créé sur un tissu de carbone (CC) lié à l’oxyde de graphène réduit (rGO), un semi-conducteur à deux dimensions, combiné avec une très petite quantité d’azote (N) pour modifier les propriétés du semi-conducteur d’oxyde de graphène réduit.
Une réaction hydrothermale convertit le WS2 bidimensionnel en structures tridimensionnelles microscopiques, semblables à des fleurs, appelées nanoflowers, qui augmentent la surface de l’électrocatalyseur pour améliorer l’efficacité de la réaction.
Des résultats prometteurs pour l’avenir de l’énergie propre
« La synthèse d’une électrode autoportante pour la réaction d’évolution de l’hydrogène dans l’hydrolyse de l’eau est cruciale car elle répond à un défi fondamental de la production d’énergie propre. Les méthodes traditionnelles reposent souvent sur des catalyseurs et des supports coûteux, ce qui peut limiter l’efficacité et la scalabilité de la production d’hydrogène. Notre travail représente une avancée significative en créant une électrode autoportante qui non seulement améliore l’activité électrocatalytique, mais offre également une solution rentable et durable pour la production d’hydrogène », a souligné Feng Ming Yap, auteur principal de l’article et étudiant en doctorat à l’École d’Énergie et de Génie Chimique de l’Université de Xiamen.
Parce que l’espèce active de l’électrocatalyseur, le disulfure de tungstène, est directement incorporée dans les matériaux conducteurs de l’électrode, WS2/N-rGO/CC est considéré comme une électrode autoportante.
Aucun liant polymère ou additif n’est présent dans l’électrocatalyseur synthétisé pour masquer les sites actifs du catalyseur ou diminuer la conductance des électrons, maximisant ainsi l’efficacité de la réaction.
En synthèse
En conclusion, l’électrocatalyseur 50% WGC a surpassé l’électrocatalyseur de référence en platine, 20% Pt-C/CC, pour la HER dans des conditions acides et basiques. Plus précisément, 50% WGC a démontré un surpotentiel plus faible, ou l’énergie nécessaire pour diviser l’eau, que 20% Pt-C/CC.
L’équipe de recherche estime que des électrocatalyseurs plus rentables et économes en énergie, comme le 50% WGS, sont essentiels pour atteindre les objectifs mondiaux en matière d’énergie propre.
« Nous visons à explorer la scalabilité et la mise en œuvre pratique de notre technologie d’électrode autoportante. Notre objectif ultime est de contribuer à la transition vers un paysage énergétique durable, où l’hydrogène peut jouer un rôle crucial en tant que source d’énergie propre et renouvelable », a conclu Jun Ong, superviseur du projet.
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce que l’électrocatalyseur WS2/N-rGO/CC ?
C’est un catalyseur créé sur un tissu de carbone (CC) lié à l’oxyde de graphène réduit (rGO), un semi-conducteur à deux dimensions, combiné avec une très petite quantité d’azote (N) pour modifier les propriétés du semi-conducteur d’oxyde de graphène réduit.
Comment fonctionne cet électrocatalyseur ?
Il fonctionne comme un accepteur ou un donneur d’électrons dans la réaction d’électrolyse, ce qui améliore l’efficacité de la production d’hydrogène.
Qu’est-ce qui rend cet électrocatalyseur unique ?
Il est considéré comme une électrode autoportante car l’espèce active du catalyseur, le disulfure de tungstène, est directement incorporée dans les matériaux conducteurs de l’électrode. Aucun liant polymère ou additif n’est présent pour masquer les sites actifs du catalyseur ou diminuer la conductance des électrons.
Comment cet électrocatalyseur a-t-il été testé ?
L’équipe de recherche a expérimenté avec différentes quantités de diméthylformamide (DMF) dans la réaction de synthèse hydrothermale finale pour déterminer la meilleure concentration pour la transition de phase métallique 1T préférée de WS2 pour l’électrode.
Quels sont les résultats de ces tests ?
L’électrode développée en utilisant une concentration de 50% de DMF dans l’eau (50% WGC) lors de la dernière réaction hydrothermale a démontré des caractéristiques supérieures aux électrodes synthétisées en utilisant des solutions de DMF à 0, 25, 75 et 100%.
Article de recherche de l’Université de Xiamen en Malaisie, Centre d’Excellence pour la Technologie de l’Énergie et de la Catalyse NaNo (CONNECT)
Article : « Synergistic Integration of Self-Supported 1T/2H-WS2 and Nitrogen-Doped rGO on Carbon Cloth for pH-Universal Electrocatalytic Hydrogen Evolution » – DOI: 10.1007/s12274-023-6118-8
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