Des physiciens de l'Université de Houston ont découvert un catalyseur qui peut diviser l'eau en hydrogène et oxygène, composé de facilement disponible, matériaux à faible coût et fonctionnant beaucoup plus efficacement que les catalyseurs précédents.

Cela résoudrait l'un des principaux obstacles à l'utilisation de l'eau pour produire de l'hydrogène, l'une des sources d'énergie propre les plus prometteuses.

"L'hydrogène est la source d'énergie primaire la plus propre que nous ayons sur terre, " a déclaré Paul C. W. Chu, TLL Temple Chair of Science et directeur fondateur et scientifique en chef du Texas Center for Superconductivity à UH. "L'eau pourrait être la source d'hydrogène la plus abondante si l'on pouvait séparer l'hydrogène de sa forte liaison avec l'oxygène dans l'eau en utilisant un catalyseur."

Chu et ses collègues, dont les physiciens Zhifeng Ren et Shuo Chen, tous deux sont également des chercheurs principaux du Texas Center for Superconductivity à UH, rapportent leur découverte - un catalyseur efficace produit sans les métaux précieux coûteux les plus couramment utilisés - cette semaine dans le Actes de l'Académie des sciences naturelles .

Les autres chercheurs impliqués dans le projet comprennent les chercheurs postdoctoraux Haiqing Zhou et Fang Yu, et les étudiants diplômés Jingying Sun et Ran He.

Le catalyseur, composé de métaphosphate ferreux cultivé sur une plate-forme de mousse de nickel conductrice, est bien plus efficace que les catalyseurs précédents, ainsi que moins cher à produire.

« Au niveau des coûts, il est beaucoup plus faible et en termes de performances, beaucoup mieux, " dit Zhifeng Ren, M.D. Anderson, professeur de physique et auteur principal de l'article. Le catalyseur est également durable, fonctionnant plus de 20 heures et 10, 000 cycles en test.

"Certains catalyseurs sont exceptionnels mais ne sont stables qu'une ou deux heures, " dit Ren. " Ça ne sert à rien. "

Bien que ce soit simple en théorie, la séparation de l'eau en hydrogène et oxygène est un processus complexe, nécessitant deux réactions distinctes - une réaction de dégagement d'hydrogène et une réaction de dégagement d'oxygène, chacun nécessitant une électrode séparée. Alors que l'hydrogène est le composant le plus précieux, il ne peut pas être produit sans produire également de l'oxygène. Et tandis que des catalyseurs d'hydrogène efficaces sont disponibles, Ren a déclaré que l'absence d'un catalyseur d'oxygène peu coûteux et efficace a créé un goulot d'étranglement dans le domaine.

L'hydrogène présente de nombreux avantages. « L'hydrogène (H2) produit à partir de la division de l'eau par un procédé électrochimique, appelée électrolyse de l'eau, a été considérée comme une ressource énergétique propre et durable pour remplacer les combustibles fossiles et répondre à la demande énergétique mondiale croissante, puisque l'eau est à la fois le seul matériau de départ et sous-produit lorsque l'énergie propre est produite en reconvertissant H2 en eau, ", ont écrit les chercheurs.

Et contrairement à l'énergie solaire, l'éolien et d'autres énergies "propres", l'hydrogène peut être facilement stocké.

Actuellement, la majeure partie de l'hydrogène est produite par reformage du méthane à la vapeur et gazéification du charbon; ces méthodes augmentent l'empreinte carbone du carburant malgré le fait qu'il brûle proprement.

Chen a déclaré que les réactions de dégagement d'oxygène dépendent souvent d'un électrocatalyseur utilisant un "métal noble" - l'iridium, platine ou ruthénium. Mais ceux-ci sont chers et ne sont pas facilement disponibles.

"Dans ce travail, nous avons découvert un électrocatalyseur hautement actif et stable à base d'éléments abondants sur terre, qui surpasse même ceux à base de métaux nobles, ", a-t-elle déclaré. "Notre découverte pourrait conduire à une approche plus économique de la production d'hydrogène à partir de l'électrolyse de l'eau."

Le fractionnement de l'eau peut être déclenché soit par courant électrique, soit par photocatalyse, en utilisant la puissance du soleil. La division directe de l'eau à l'énergie solaire est trop inefficace, car l'eau ne peut absorber qu'une petite partie du spectre lumineux. Idéalement, Ren a dit, l'énergie solaire serait utilisée pour produire l'énergie électrique utilisée pour diviser l'eau.