De la poubelle au trésor : des chercheurs transforment des déchets métalliques en catalyseurs pour l'hydrogène
Des scientifiques ont trouvé un moyen de transformer des déchets métalliques en un catalyseur très efficace pour produire de l'hydrogène à partir de l'eau, une découverte qui pourrait rendre la production d'hydrogène plus durable.
Des copeaux de métaux usagés ont été utilisés dans le cadre d'une expérience visant à les transformer en un catalyseur très efficace pour produire de l'hydrogène à partir de l'eau, une découverte qui pourrait rendre la production d'hydrogène plus durable.
University of Nottingham
Une équipe de chercheurs de l'école de chimie et de la faculté d'ingénierie de l'université de Nottingham a découvert que la surface des copeaux, un sous-produit de l'industrie de l'usinage des métaux, est texturée par de minuscules marches et rainures à l'échelle nanométrique. Ces textures peuvent ancrer des atomes de platine ou de cobalt, ce qui permet de créer un électrocatalyseur efficace capable de séparer l'eau en hydrogène et en oxygène. Cette recherche a été publiée dans le Journal of Material Chemistry A de la Royal Society of Chemistry.
L'hydrogène est un combustible propre qui peut être utilisé pour produire de la chaleur ou alimenter des véhicules, et le seul sous-produit de sa combustion est la vapeur d'eau. Cependant, la plupart des méthodes de production d'hydrogène reposent sur des combustibles fossiles. L'électrolyse de l'eau est l'une des voies vertes les plus prometteuses pour la production d'hydrogène, car elle ne nécessite que de l'eau et de l'électricité.
L'industrie est confrontée à un défi avec l'électrolyse de l'eau, car ce processus nécessite des éléments rares et coûteux comme le platine pour catalyser la division de l'eau. Compte tenu de l'offre mondiale limitée et de l'augmentation des prix des métaux précieux, il est urgent de trouver d'autres matériaux électrocatalytiques pour produire de l'hydrogène à partir de l'eau.
Le Dr Jesum Alves Fernandes, de l'école de chimie de l'université de Nottingham, qui a dirigé l'équipe de recherche, a déclaré : "Les industries du Royaume-Uni génèrent à elles seules des millions de tonnes de déchets métalliques chaque année. En utilisant un microscope électronique à balayage, nous avons pu inspecter les surfaces apparemment lisses des copeaux d'acier inoxydable, de titane ou d'alliage de nickel. À notre grand étonnement, nous avons découvert que ces surfaces présentaient des rainures et des crêtes d'une largeur de quelques dizaines de nanomètres seulement. Nous avons réalisé que cette surface nanotexturée pouvait représenter une opportunité unique pour la fabrication d'électrocatalyseurs".
Les chercheurs ont utilisé la pulvérisation magnétron pour créer une "pluie" d'atomes de platine sur la surface des copeaux. Ces atomes de platine se rassemblent ensuite en nanoparticules qui s'insèrent parfaitement dans les rainures à l'échelle nanométrique.
Madasamy Thangamuthu, chercheur postdoctoral à l'université de Nottingham, responsable de l'analyse de la structure et de l'activité électrocatalytique des nouveaux matériaux, déclare : "Il est remarquable que nous soyons capables de produire de l'hydrogène à partir de l'eau en utilisant seulement un dixième de la quantité de platine chargée par rapport aux catalyseurs commerciaux de pointe. En répandant seulement 28 microgrammes du précieux métal sur 1 cm² de copeaux, nous avons pu créer un électrolyseur à l'échelle du laboratoire qui fonctionne avec une efficacité de 100 % et produit 0,5 litre d'hydrogène gazeux par minute à partir d'un seul morceau de copeaux".
Le groupe travaille en partenariat avec AqSorption Ltd, une entreprise de Nottingham spécialisée dans la conception et la fabrication d'électrolyseurs, afin de développer sa technologie. Le professeur Andrei Khlobystov, de l'école de chimie de l'université de Nottingham, a déclaré : "Les électrocatalyseurs fabriqués à partir de copeaux peuvent avoir un impact considérable sur l'économie. Notre technologie unique développée à Nottingham, qui implique la croissance atome par atome de particules de platine sur des surfaces nanotexturées, a permis de relever deux défis majeurs. D'une part, elle permet de produire de l'hydrogène vert en utilisant le moins de métal précieux possible et, d'autre part, elle valorise les déchets métalliques de l'industrie aérospatiale, le tout en un seul processus".
Le Zero Carbon Cluster a été créé dans les East Midlands pour accélérer le développement et le déploiement de l'innovation dans les industries vertes et la fabrication de pointe.
Le professeur Tom Rodden, directeur de la recherche et de l'échange de connaissances à l'université de Nottingham, déclare : "La mise au point de systèmes de propulsion à l'hydrogène peut constituer une étape importante pour relever certains des défis les plus urgents en matière d'émissions de carbone, en particulier dans les secteurs des transports et de la fabrication. Toutefois, le succès de cette stratégie dépend de la production durable d'hydrogène vert, par exemple par la séparation de l'eau par électrolyse, ce qui nécessite des progrès dans la conception des matériaux."
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.
Publication originale
Madasamy Thangamuthu, Emerson C. Kohlrausch, Ming Li, Alistair Speidel, Adam T. Clare, Richard Plummer, Paul Geary, James W. Murray, Andrei N. Khlobystov, Jesum Alves Fernandes; "From scrap metal to highly efficient electrodes: harnessing the nanotextured surface of swarf for effective utilisation of Pt and Co for hydrogen production"; Journal of Materials Chemistry A, 2024
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