Des nano-aiguilles formées sur un électrocatalyseur améliorent la production d'hydrogène
La production efficace et peu coûteuse d'hydrogène est une étape importante vers le développement de sources d'énergie alternatives et propres. Le fractionnement électrochimique de l'eau, qui sépare l'eau en ses éléments hydrogène et oxygène à l'aide d'un électrocatalyseur, est une option viable pour produire de l'hydrogène. Traditionnellement, les catalyseurs sont basés sur des éléments coûteux tels que le platine, ce qui rend difficile l'application de cette technologie à grande échelle.
Ce diagramme montre la structure en nano-aiguilles de l'électrocatalyseur qui est un phosphure de nickel-cobalt dopé au molybdène. Le graphique illustre la courbe de polarisation, qui montre l'amélioration de l'électrocatalyseur lorsque du molybdène y est ajouté. Le graphique du bas illustre également le processus hydrothermique de chauffage à gradient pour produire l'électrocatalyseur.
Nano Research, Tsinghua University Press
Dans un article récemment publié, les chercheurs ont démontré comment l'ajout de molybdène à un catalyseur à base de phosphure de nickel-cobalt et sa synthèse par un processus hydrothermal à gradient, dans lequel le catalyseur est chauffé à 100 degrés, 150 degrés, puis 180 degrés Celsius pendant 10 heures, ont créé une microstructure unique qui a amélioré la performance du catalyseur, résultant en une production d'hydrogène qui pourrait être plus applicable à la production d'hydrogène à grande échelle.
"La combinaison innovante des processus d'hydrothermie à gradient et de phosphidation forme une structure en microsphères", explique Yufeng Zhao, professeur au College of Sciences & Institute for Sustainable Energy de l'université de Shanghai, à Shanghai, en Chine. "Ces nanoparticules d'un diamètre d'environ 5 à 10 nanomètres forment des nano-aiguilles qui s'auto-assemblent ensuite en une structure sphérique. Les nano-aiguilles offrent de nombreux sites actifs pour un transfert d'électrons efficace et la présence de particules de petite taille et d'une rugosité à micro-échelle favorise la libération de bulles d'hydrogène."
Pour créer cette microstructure unique, les chercheurs ont utilisé une technique appelée dopage d'éléments. Le dopage d'éléments consiste à ajouter intentionnellement des impuretés à un catalyseur afin d'en améliorer l'activité. Dans cette étude, du molybdène (Mo) a été ajouté au phosphure (P) bimétallique de nickel-cobalt (Ni-Co). Les phosphures de Ni-Co ont déjà des performances électrocatalytiques exceptionnelles en raison de la façon dont les ions de cobalt et de nickel interagissent. Après avoir ajouté le molybdène, le Ni-CoP dopé au Mo a été déposé sur une mousse de nickel par un procédé hydrothermal à gradient. À l'issue de ce processus, la microstructure unique des nano-aiguilles s'est formée sur le phosphure.
"Le dopage au molybdène à l'état de traces optimise la structure électronique et augmente le nombre de sites électroactifs", explique Zhao. Le catalyseur Ni-CoP dopé au Mo a été testé en termes de fiabilité, de stabilité et de performance. Sa densité est restée pratiquement constante après 100 heures et sa structure a été bien conservée, en partie grâce à la structure unique des nano-aiguilles, qui empêche le catalyseur de s'effondrer à mesure que l'hydrogène s'accumule. Les calculs ont également montré que le catalyseur au phosphure était exceptionnellement efficace.
À l'avenir, les chercheurs espèrent tester les performances de la réaction dans différentes solutions, telles que des solutions acides et neutres. Les études futures porteront également sur des alternatives à la mousse de nickel, telles que la maille de titane, qui peuvent fonctionner dans toute la gamme de pH. "Dans les travaux futurs, nous recommandons d'explorer l'application du catalyseur dans la production d'hydrogène assistée par oxydation de petites molécules, telles que l'urée. Cette approche permettrait de réduire le surpotentiel de l'électrolyse de l'eau et d'atténuer la pollution environnementale causée par les eaux usées de l'urée", a déclaré M. Zhao.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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