Dethroning d’électrocatalyseurs pour la production d’hydrogène avec un matériau alternatif bon marché


Dethroning d'électrocatalyseurs pour la production d'hydrogène avec un matériau alternatif bon marché

La division électrochimique de l’eau nécessite des électrocatalyseurs hautement actifs, faciles à fabriquer et peu coûteux pour la réaction de dégagement d’oxygène (OER). Un oxyde bimétallique à base de fer (Fe) / calcium (Ca), CaFe2Ö4emontre une excellente activité OER dans les milieux alcalins. café2Ö4e devrait être un électrocatalyseur de REL prometteur pour la division de l’eau. Crédit photo: Tokyo Tech

Aujourd’hui, nous pouvons affirmer sans aucun doute qu’une alternative aux combustibles fossiles est nécessaire. En plus d’être une source d’énergie non renouvelable, les combustibles fossiles sont également un contributeur majeur au réchauffement climatique et à la pollution de l’air. De nombreux scientifiques du monde entier placent leurs espoirs sur ce qu’ils considèrent comme le carburant de demain: l’hydrogène (H.2). Bien que H.2 est un carburant propre une d’énergie incroyablement élevée, dont la efficace en grande quantité reste un défi technique difficile.

La division de l’eau – briser les molécules d’eau – est l’une des méthodes les plus recherchées pour fabriquer H.2. Bien qu’il existe de nombreuses façons de le faire, les techniques de séparation de l’eau les plus puissantes impliquent des électrocatalyseurs fabriqués à partir de métaux coûteux tels que le platine, le ruthénium et l’iridium. Le problème est que les électrocatalyseurs métalliques abondants connus ont tendance à être inefficaces dans la réaction de dégagement d’oxygène (OER), l’aspect le plus difficile du processus de séparation de l’eau.

Dans une étude récemment publiée dans ACS Applied Energy Materials, une équipe de scientifiques de l’Institut de technologie de Tokyo, au Japon, a trouvé un électrocatalyseur candidat remarquable pour le fractionnement de l’eau à faible coût: l’oxyde de fer calcium (CaFe)2Ö4e). Alors que les oxydes de fer (Fe) sont médiocres à l’OER, des études antérieures avaient montré que leur combinaison avec d’autres métaux peut augmenter leurs performances à des niveaux réellement utiles. En tant que professeur adjoint et auteur principal, le Dr. Yuuki Sugawara a commenté, cependant, personne ne s’était concentré sur CaFe2Ö4e comme électrocatalyseur potentiel OER. «Nous voulions révéler le potentiel de CaFe2Ö4e et en le comparant à d’autres oxydes bimétalliques à base de fer pour élucider les facteurs clés qui favorisent l’activité des REL », explique-t-il.

Pour ce faire, l’équipe a testé six types d’oxydes à base de fer, dont CaFe2Ö4e. Ils ont vite découvert que CaFe2Ö4e était beaucoup plus grande que celle des autres électrocatalyseurs bimétalliques et même supérieure à celle de l’oxyde d’iridium, une norme largement acceptée. De plus, ils ont testé la durabilité de ce prometteur et ont constaté qu’il était remarquablement stable; Aucun changement structurel ou de composition significatif n’a été observé après les cycles de mesure et les performances du CaFe2Ö4eL’électrode de la cellule électrochimique est restée haute.

Pour comprendre la raison des capacités extraordinaires de cet électrocatalyseur inexploré, les scientifiques ont effectué des calculs en utilisant la théorie fonctionnelle de la densité et ont découvert un mécanisme catalytique non conventionnel. Il semble que CaFe2Ö4e fournit une voie énergétiquement favorable pour la formation de liaisons oxygène, ce qui est une étape limitante dans les REL. Bien que, en théorie, des calculs et des expériences plus théoriques soient nécessaires, les résultats montrent que l’espacement étroit entre plusieurs sites de fer joue un rôle clé.

L’électrocatalyseur OER nouvellement découvert pourrait certainement changer la donne, comme le Dr. Sugawara note: « CaFe2Ö4e présente de nombreux avantages, de la synthèse simple et peu coûteuse au respect de l’environnement. Nous prévoyons que ce sera un électrocatalyseur OER prometteur pour la division de l’eau et ouvrira une nouvelle voie pour le développement de dispositifs de conversion d’énergie. « De plus, le nouveau mécanisme de renforcement des REL peut être trouvé dans CaFe2Ö4e pourrait conduire au développement d’autres catalyseurs utiles.


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


Plus d’information:
Yuuki Sugawara et al., Electrocatalyse d’évolution efficace de l’oxygène sur CaFe2O4 et son mécanisme de réaction, ACS Applied Energy Materials (2021). DOI: 10.1021 / acsaem.0c02710

Fourni par le Tokyo Institute of Technology

Citation: of electrocatalysts for hydrogène production with cheap alternative material (2021, 2 mars), consulté le 2 mars 2021 sur https://phys.org/news/2021-03-dethroning-electrocatalysts-hydrogen-production-inexpensive.html

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