Les simulations des scientifiques de l'Université Purdue ont percé le mystère d'un nouvel électrocatalyseur qui pourrait résoudre un problème important associé aux piles à combustible et aux électrolyseurs.

Réservoirs de carburant, qui utilisent des réactions chimiques pour produire de l'énergie, et électrolyseurs, qui convertissent l'énergie en hydrogène ou en d'autres gaz, utiliser des électrocatalyseurs pour favoriser les réactions chimiques. Les électrocatalyseurs qui peuvent activer de telles réactions ont tendance à être instables car ils peuvent se corroder dans les solutions d'eau très acides ou basiques utilisées dans les piles à combustible ou les électrolyseurs.

Une équipe dirigée par Jeffrey Greeley, professeur agrégé de génie chimique, a identifié la structure d'un électrocatalyseur constitué de nano-îlots de nickel déposés sur du platine à la fois actif et stable. Cette conception a créé des propriétés dans le nickel qui, selon Greeley, étaient inattendues mais très bénéfiques.

"Les réactions ont conduit à des structures très stables que nous n'aurions pas pu prévoir en regardant simplement les propriétés du nickel, " a déclaré Greeley. " Cela s'est avéré être une surprise. "

L'équipe de Greeley et ses collaborateurs travaillant au Laboratoire national d'Argonne avaient remarqué que le nickel placé sur un substrat de platine présentait un potentiel en tant qu'électrocatalyseur. Le laboratoire de Greeley s'est ensuite mis au travail pour comprendre comment un électrocatalyseur avec cette composition pouvait être à la fois actif et stable.

L'équipe de Greeley a simulé différentes épaisseurs et diamètres de nickel sur platine ainsi que des tensions et des niveaux de pH dans les cellules. Placer du nickel sur seulement une ou deux couches atomiques d'épaisseur et d'un à deux nanomètres de diamètre a créé les conditions qu'ils voulaient.

"Ce sont comme de petites îles de nickel posées sur une mer de platine, " dit Greeley.

La couche ultra-mince de nickel est la clé, Greeley a dit, car c'est au point de rencontre des deux métaux que se produit toute l'activité électrochimique. Et comme il n'y a qu'une ou deux couches atomiques de nickel, presque tout réagit avec le platine. Cela crée non seulement la catalyse nécessaire, mais change le nickel d'une manière qui l'empêche de s'oxyder, assurant la stabilité.

Les collaborateurs d'Argonne ont ensuite analysé la structure nickel-platine et confirmé les propriétés que Greeley et son équipe attendaient de l'électrocatalyseur.

Prochain, Greeley prévoit de tester des structures similaires avec différents métaux, comme le remplacement du platine par de l'or ou du nickel par du cobalt, ainsi que la modification du pH et des tensions. Il pense que d'autres combinaisons plus stables et actives peuvent être trouvées en utilisant son analyse informatique.

L'étude a été publiée dans Énergie naturelle .