Les scientifiques se demandent depuis longtemps pourquoi il est plus facile de produire de l'hydrogène à partir de l'eau dans un environnement acide que dans un environnement alcalin. Marc Koper vient avec une explication :la raison est le champ électrique à la surface du catalyseur, qui est plus grand dans un environnement alcalin, comme il l'écrit dans une publication de Énergie naturelle le 20 mars.

Produire de l'hydrogène plus efficacement

Marc Koper est professeur de catalyse et de chimie de surface et fait des recherches sur l'énergie durable, comme l'utilisation de l'hydrogène comme carburant. « L'hydrogène est une source d'énergie propre, que nous ne pouvons pas encore faire de manière propre à grande échelle. Parce que nous savons maintenant que le champ électrique joue un rôle important, nous sommes mieux en mesure d'affiner les systèmes actuels pour les rendre plus efficaces, " dit Koper.

Pour convertir électrochimiquement l'eau en hydrogène et en oxygène, des électrodes sont nécessaires :une cathode négative et une anode positive. "La cathode est l'endroit où l'hydrogène est produit. Pour cela, le platine est le meilleur catalyseur, au moins dans un environnement acide. Pour l'anode, où se forme l'oxygène, l'iridium est le meilleur catalyseur. Et c'est le métal le plus rare sur terre."

nickel pas cher

"Dans un environnement alcalin, vous pouvez utiliser du nickel à la place de l'iridium, ce qui est beaucoup moins cher. Cependant, la production d'hydrogène est beaucoup plus difficile en milieu alcalin qu'en milieu acide. La cathode nécessite une tension plus élevée pour produire de l'hydrogène, ce qui rend l'ensemble du processus moins efficace."

Nager dans un champ électrique

Marc Koper et son groupe soupçonnaient que la force du champ électrique joue un rôle dans la vitesse de la réaction. « Dans un environnement acide, il existe un champ électrique plus faible au niveau de l'électrode de platine à une tension donnée que dans un environnement alcalin. Un fort champ électrique rend les molécules d'eau presque "gelées". Les particules chargées telles que les protons et les ions hydroxyde ont peu de difficulté à se déplacer lorsque les molécules d'eau se déplacent facilement. Mais dans un environnement alcalin le champ électrique est fort, résultant en des molécules d'eau qui ne peuvent pas se déplacer lorsqu'une particule chargée doit passer. Pour ces particules, il est plus difficile d'atteindre l'électrode de platine. C'est la raison pour laquelle la réaction est plus lente qu'en milieu acide, " Koper illustre sa théorie.

Nous nous sommes interrogés :comment mesurez-vous un champ électrique par exemple près de la surface de l'électrode ?", explique Koper. "Des collègues de l'Université d'Alicante en Espagne ont développé une méthode spéciale pour mesurer ce champ, donc notre docteur Isis Ledezma-Yanez leur a rendu visite. Les mesures concordaient avec notre modèle. Prochain, nous allons tester si le modèle est également correct avec d'autres catalyseurs que le platine."

Par ailleurs, cette recherche offre à Koper une nouvelle façon d'améliorer les systèmes qui produisent de l'hydrogène à partir de l'eau. "Avant cette recherche, nous nous sommes uniquement concentrés sur l'énergie de liaison du catalyseur avec l'hydrogène. Cela ne doit pas être trop fort, mais il ne doit pas non plus être trop faible. Nous savons maintenant que la force du champ électrique joue également un rôle important. Nous allons effectuer d'autres expériences pour tester cela, par exemple en faisant varier la composition de la solution.

La façon dont l'hydrogène se forme est différente dans un environnement acide par rapport à un environnement alcalin.

Environnement acide

Un proton (une particule avec une charge positive) se déplace à travers la solution d'eau vers la surface du platine et se lie au platine sous forme d'atome d'hydrogène.

Deux atomes d'hydrogène liés à la surface, se lient et forment de l'hydrogène.

Environnement alcalin

L'eau réagit à la surface du platine, résultant en un atome d'hydrogène lié au platine et un ion hydroxyde chargé négativement (OH ^- ).

L'ion hydroxyde se déplace vers la solution aqueuse en s'éloignant de la surface du platine. En raison du fort champ électrique et de l'eau « gelée » correspondante, cette étape est lente.