Une équipe de recherche dirigée par l’Université City de Hong Kong (CityU) a réalisé un progrès significatif dans le domaine des nanomatériaux en développant un électrocatalyseur hautement efficace capable d’améliorer considérablement la production d’hydrogène par électrolyse de l’eau.
Cette découverte majeure offre un potentiel d’application important pour l’industrie de l’énergie propre.
Le développement d’un électrocatalyseur innovant
Le professeur Zhang Hua, titulaire de la chaire Herman Hu en nanomatériaux à la CityU, et son équipe ont mis au point un électrocatalyseur en utilisant des nanofeuilles de dichalcogénures de métaux de transition (TMD) avec des phases cristallines non conventionnelles comme supports.
L’électrocatalyseur présente une activité supérieure et une excellente stabilité dans la réaction d’évolution de l’hydrogène électrocatalytique en milieu acide.
« Notre découverte est importante dans la mesure où l’hydrogène produit par électrolyse de l’eau est considéré comme l’une des énergies propres les plus prometteuses pour remplacer les combustibles fossiles dans un avenir proche, réduisant ainsi la pollution environnementale et l’effet de serre », a déclaré le professeur Zhang.
Publication des résultats dans la revue Nature
Cette découverte importante a été publiée dans la prestigieuse revue Nature sous le titre « Phase-dependent growth of Pt on MoS2 for highly efficient H2 evolution ».
Le professeur Zhang a souligné que la clé de la recherche sur l’électrolyse de l’eau réside dans le développement de catalyseurs hautement efficaces et stables. Il est essentiel de choisir un support adéquat pour améliorer l’activité et la stabilité des catalyseurs durant le processus.
Les nanofeuilles de TMD et leurs propriétés uniques
En tant que matériau bidimensionnel (2D) émergent, les nanofeuilles de TMD suscitent un grand intérêt parmi les chercheurs en raison de leurs propriétés physiques et chimiques uniques.
Il a été découvert que la phase est un facteur extrêmement important qui détermine les propriétés et les fonctions des nanofeuilles de TMD.
Par exemple, le disulfure de molybdène (MoS2) avec la phase conventionnelle 2H présente une propriété semi-conductrice, tandis que le MoS2 avec les phases non conventionnelles 1T ou 1T′ montre une propriété métallique ou semi-métallique, possédant ainsi une bonne conductivité.
Une méthode innovante pour préparer des nanofeuilles de TMD
Dans cette recherche, l’équipe a réussi à développer une nouvelle méthode pour préparer des nanofeuilles de TMD avec des phases non conventionnelles. Ils ont également étudié la croissance dépendante de la phase des métaux nobles sur les nanofeuilles de 1T′-TMD et 2H-TMD.
Ils ont constaté qu’en utilisant le 2H-TMD conventionnel comme matrice, il facilite la croissance épitaxiale des nanoparticules de platine (Pt), tandis que la matrice 1T′-TMD non conventionnelle supporte les atomes de Pt dispersés de manière monoatomique (s-Pt).
Un catalyseur prometteur pour l’évolution de l’hydrogène
Sur la base de ces résultats, l’équipe a développé le catalyseur à base de disulfure de molybdène de phase 1T′ et d’atomes de platine dispersés de manière monoatomique (s-Pt/1T′-MoS2). Pour surmonter la limitation du transport de masse des catalyseurs à base de Pt dans les réactions d’évolution de l’hydrogène électrocatalytique en milieu acide, l’équipe a adopté une technologie avancée d’électrode flottante pour les tests.
Leurs résultats expérimentaux ont montré que le catalyseur s-Pt/1T′-MoS2 présentait une activité massique élevée de 85±23 A mgPt-1 à un surpotentiel de -50 mV et une densité de courant d’échange massique normalisée (127 A mgPt-1).
De plus, le catalyseur peut fonctionner de manière stable pendant 500 heures dans un électrolyseur d’eau à membrane échangeuse de protons, montrant un potentiel d’application prometteur.
En synthèse
Les résultats de cette étude ont élargi le champ d’application de l’« ingénierie de phase des nanomatériaux » (PEN), ouvrant une nouvelle voie pour la conception et la synthèse de catalyseurs hautement efficaces.
Le professeur Zhang a déclaré que, dans le futur, l’équipe poursuivra ses recherches sur les catalyseurs à base de 1T′-TMD et leurs perspectives d’application industrielle, afin de contribuer à l’énergie propre et au développement durable.
Légende illustration principale : Le professeur Zhang Hua, titulaire de la chaire Herman Hu sur les nanomatériaux à la CityU, et son équipe ont récemment mis au point un électrocatalyseur très efficace qui peut améliorer considérablement la production d’hydrogène par séparation électrochimique de l’eau. Crédit : Université de la ville de Hong Kong
Référence « Phase-dependent growth of Pt on MoS2 for highly efficient H2 evolution » – DOI: 10.1038/s41586-023-06339-3
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