Un défaut peut-il être la clé de la production d’hydrogène propre ?

Un défaut n’est pas toujours une chose négative. En effet, lorsqu’il s’agit d’améliorer le processus d’électrocatalyse qui produit de l’hydrogène propre à la combustion, il peut s’avérer très bénéfique.

Des chercheurs basés en Chine ont créé un électrocatalyseur, qui accélère une réaction désirée, avec des architectures à la fois amorphes et cristallines contenant des défauts dans la structure atomique. Ces défauts permettent à l’électrocatalyseur de déclencher une activité réactionnelle « supérieure« , a rapporté l’équipe.

« La production d’hydrogène à partir de l’électrolyse de l’eau – ou l’utilisation d’un courant électrique pour séparer l’hydrogène de l’oxygène – propulsée par l’énergie renouvelable est une technologie prometteuse pour atténuer et résoudre la crise énergétique et environnementale« , a déclaré Cuiling Li, professeur à l’Institut de Physique et de Chimie Technique de l’Académie des Sciences de Chine, également affilié à l’Institut de Technologie de Pékin et à l’Institut de Technologie de Binzhou.

La réaction d’évolution de l’oxygène est la réaction anodique de l’électrolyse de l’eau, dans laquelle le courant continu provoque une réaction chimique qui sépare les molécules d’oxygène des molécules d’eau. Cependant, le Pr. Li a qualifié cette réaction de « processus lent », qui limite l’électrolyse de l’eau en tant que mécanisme durable pour produire de l’hydrogène gazeux.

Toujours selon le Pr. Li, la réaction d’évolution de l’oxygène est lente car elle nécessite beaucoup d’énergie pour déclencher la façon dont les molécules transfèrent leurs constituants, mais elle pourrait être accélérée avec moins d’énergie si elle est intégrée à des catalyseurs plus efficaces.

« L’exploitation de catalyseurs électrochimiques efficaces pour la réaction d’évolution de l’oxygène est primordiale pour le développement d’appareils électrochimiques pour la conversion d’énergie propre« , a t-il encore commenté.

Les chercheurs se sont tournés vers l’oxyde de ruthénium, un catalyseur à moindre coût qui adhère moins aux réactifs et aux intermédiaires que d’autres catalyseurs.

« Des nanomatériaux à base d’oxyde de ruthénium avec une meilleure performance de réaction d’évolution de l’oxygène par rapport aux produits commerciaux ont été signalés, tandis que des stratégies de conception d’électrocatalyseurs plus sophistiquées pour évoquer une performance catalytique plus efficace sont urgemment requises et largement inexplorées« , a ajouté le Pr. Li.

Pour combler ce manque, les chercheurs ont synthétisé des particules poreuses d’oxyde de ruthénium. Ils ont ensuite traité les particules pour produire des hétéro-phases régulées de manière rationnelle, c’est-à-dire que les particules contiennent différentes architectures intégrées ensemble.

La structure poreuse et hétérophase fournit les défauts – essentiellement des ébréchures dans la structure atomique – qui permettent à davantage de sites actifs pour la réaction d’évolution de l’oxygène de procéder avec plus d’efficacité.

« Bénéficiant des nombreux défauts, des limites cristallines et de l’accessibilité du site actif des échantillons obtenus, une performance supérieure de la réaction d’évolution de l’oxygène a été démontrée« , a expliqué Li, soulignant que les électrocatalyseurs conçus produisent non seulement une meilleure réaction d’évolution de l’oxygène, mais aussi avec moins d’électricité alimentant le processus.

« Cette étude démontre l’importance de l’ingénierie des phases et offre une nouvelle voie pour la conception et la synthèse de catalyseurs combinés aux stratégies. » a t-il conclu.

Les scientifiques ont publié leurs résultats le 15 mai dans la revue Nano Research Energy.

D’autres contributeurs sont Chengming Wang, Qinghong Geng, Longlong Fan, Jun-Xuan Li et Lian Ma, tous affiliés au Laboratoire Clé de la Science des Clusters, Ministère de l’Education, Laboratoire Clé de Pékin des Matériaux de Conversion Photoélectronique/Électronphonique, École de Chimie et d’Ingénierie Chimique, Institut de Technologie de Pékin.

Le Centre d’Analyse et de Test de l’Institut de Technologie de Pékin a fourni un soutien technique pour cette recherche.