Electrocatalyseur très efficace et durable pour augmenter la production d’hydrogène carburant


Electrocatalyseur très efficace et durable pour augmenter la production d'hydrogène carburant

Structure cristalline de l’alliage métallique de riche en oxygène (en haut à gauche). Lors d’une réaction d’électrolyse de l’eau (en haut à droite), de l’oxygène et de l’hydrogène sont produits. Le catalyseur conçu montre la meilleure activité de dégagement d’oxygène avec un surpotentiel minimal (plaques inférieures). Crédit: IBS

Lorsque l’hydrogène est consommé dans une pile à combustible qui absorbe la molécule d’eau H.2O et le sépare en oxygène et hydrogène, un processus appelé électrolyse, il produit juste de l’eau, de l’électricité et de la chaleur. En tant que source d’énergie sans carbone, la portée des applications de transport, commerciales, industrielles, résidentielles et portables est illimitée.

Alors que les procédés traditionnels de production d’hydrogène nécessitaient des combustibles fossiles ou du CO2L’électrolyse crée de «l’hydrogène vert» à partir des molécules d’eau. Puisque l’eau ne peut pas être divisée en hydrogène et en oxygène seule, la conversion électrochimique hydrogène-eau nécessite des électrocatalyseurs hautement actifs. Cependant, l’électrolyse de l’eau conventionnelle est confrontée à des défis technologiques afin d’améliorer l’efficacité de la réaction de division de l’eau la réaction de dégagement lent d’oxygène. Oxyde de ruthénium à base de métaux précieux (RuO2) et oxyde d’iridium (IrO2) sont utilisés pour augmenter le taux de production d’oxygène. Cependant, ces catalyseurs à base de métaux nobles sont coûteux et présentent une faible stabilité en fonctionnement à long terme.

Sous la direction du directeur adjoint LEE Hyoyoung du Center for Integrated Nanostructural Physics de l’Institut de recherche fondamentale (IBS) de l’Université de Sungkyunkwan, l’équipe de recherche IBS a développé un électrocatalyseur très et pour l’oxydation de l’eau utilisant du cobalt, du fer et une quantité minimale de ruthénium.

«Nous avons utilisé des copolymères blocs amphiphiles pour contrôler l’attraction électrostatique dans notre alliage unique de ruthénium (Ru) -bimétallique. Les copolymères facilitent la synthèse d’amas sphériques de molécules d’hydrocarbures, dont les segments solubles et insolubles forment le noyau et la coquille. Cette étude a examiné sa tendance. Une structure chimique unique permet la synthèse de l’alliage atomique Ru haute performance sur le composite métallique stable de cobalt-fer (Co-Fe), qui est entouré d’une coque de carbone poreuse, défectueuse et graphitique », déclare LEE Jinsun et Kumar Ashwani, co-premiers auteurs de l’étude.

«Nous avons été très heureux de découvrir que l’oxygène de surface pré-adsorbé sur la surface de l’alliage Co-Fe, qui est absorbé pendant le processus de synthèse, stabilise l’un des intermédiaires importants (OOH) pendant la réaction de génération d’oxygène et augmente l’efficacité globale de la réaction catalytique. L’oxygène de surface pré-absorbé était jusqu’à Notre découverte n’a que peu d’intérêt », déclare le directeur associé Lee, auteur de l’étude. Les chercheurs ont découvert que le recuit à 750 ° C pendant quatre heures dans une atmosphère d’argon est la condition la plus appropriée pour le processus de génération d’oxygène. En plus de l’environnement réactif à la surface du métal hôte, le seul de Ru dans lequel la génération d’oxygène a lieu remplit son rôle en abaissant la barrière énergétique et en améliorant de manière synergique l’efficacité du dégagement d’oxygène.

L’équipe de recherche a évalué l’efficacité catalytique à l’aide des mesures de surtension requises pour la réaction de dégagement d’oxygène. L’électrocatalyseur noble avancé ne nécessitait qu’une surtension de 180 mV (millivolts) pour atteindre une densité de courant de 10 mA (milliampères) par cm2 de catalyseur, tandis que l’oxyde de ruthénium nécessitait 298 mV. De plus, l’alliage bimétallique à un seul atome de Ru a montré une stabilité à long terme pendant 100 heures sans changer la structure. De plus, l’alliage de cobalt et de fer avec du carbone graphitique compensait également la conductivité électrique et augmentait le taux de dégagement d’oxygène.

Le directeur adjoint Lee a déclaré: « Cette étude nous rapproche d’une économie d’hydrogène verte et sans carbone. Cet électrocatalyseur très efficace et peu coûteux pour la production d’oxygène nous aidera à relever les défis à long terme du processus de raffinage des combustibles fossiles: produire de l’hydrogène de haute pureté pour des applications commerciales à bas prix et de manière écologique. « 

L’étude a été publiée en ligne dans la revue le 4 novembre Sciences de l’énergie et de l’environnement.


Développement de catalyseurs de fractionnement de l’eau utilisant la biomasse de levure


Plus d’information:
Jinsun Lee et coll. Stabilisation du produit intermédiaire OOH * via l’oxygène de surface pré-adsorbé d’un alliage bimétallique à un seul atome de Ru pour une génération d’oxygène à surpotentiel ultra-faible, Sciences de l’énergie et de l’environnement (2020). DOI: 10.1039 / D0EE03183F

Fourni par l’Institut de recherche fondamentale

Citation: Electrocatalyseur à haute efficacité et longue durée pour augmenter la production d’hydrogène (20 novembre 2020), consulté le 21 novembre 2020 sur https://phys.org/news/2020-11-hochefficient- long-life-electrocatalyst-boost. html

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