Un nouveau catalyseur revêtu de molybdène capable de séparer efficacement l'eau dans les électrolytes acides est développé par des chercheurs de la KAUST et pourrait contribuer à une production efficace d'hydrogène.

Lorsqu'il est brûlé, l'hydrogène est converti en eau et en chaleur pour former une source d'énergie entièrement propre. Ainsi, dans la quête d'une énergie plus verte, il y a un besoin urgent d'un moyen durable et efficace de le produire. Une façon consiste à diviser l'eau en utilisant un processus connu sous le nom d'évolution photocatalytique d'hydrogène :les molécules d'eau sont divisées en hydrogène et en oxygène en utilisant uniquement la lumière du soleil pour fournir l'énergie nécessaire. Dans ce sens, l'hydrogène agit comme un moyen de stockage de l'énergie solaire.

Les scientifiques cherchent des moyens d'améliorer cette réaction de séparation de l'eau en développant un catalyseur optimal. Bien que de nombreux matériaux différents aient été essayés, ils sont généralement affectés par l'oxygène qui est également créé à côté de l'hydrogène au cours du processus. Les deux produits gazeux peuvent facilement se recombiner en eau en raison des réactions inverses de formation d'eau, entraver la production d'hydrogène.

Angel Garcia-Esparza et Tatsuya Shinagawa, deux anciens doctorants de KAUST. étudiants en tant que chercheurs de premier plan supervisés par le professeur agrégé de sciences chimiques Kazuhiro Takanabe - ont collaboré avec d'autres collègues du Centre de catalyse et d'autres spécialistes de l'Université pour créer un catalyseur de réaction d'évolution de l'hydrogène qui est à la fois tolérant aux acides et empêche sélectivement la réaction de reformage de l'eau1 .

"Le développement de catalyseurs tolérants aux acides est un défi important car la plupart des matériaux ne sont pas stables et se dégradent rapidement dans les conditions acides qui sont favorables à la génération d'hydrogène, " dit Garcia-Esparza.

Parce que l'acidité de la solution était cruciale pour la stabilité du matériau, l'équipe a pris le temps d'établir le niveau de pH optimal entre 1,1 et 4,9. Ils ont ensuite déposé électrolytiquement du molybdène sur un catalyseur d'électrode de platine standard dans une solution légèrement acide.

En comparant les performances du photocatalyseur avec et sans le revêtement en molybdène, l'équipe a montré que sans molybdène, le taux de production d'hydrogène a finalement atteint un plateau après 10 heures de fonctionnement sous éclairage ultraviolet. Cependant, l'introduction du molybdène a empêché cette baisse de performance. Les chercheurs pensent que c'est parce que le molybdène agit comme une membrane gazeuse, empêchant l'oxygène d'atteindre le platine et perturbant ses performances catalytiques.

« Le principal défi pour la plupart des catalyseurs est la stabilité à long terme des matériaux », a expliqué Garcia-Esparza. "C'est donc une étape importante d'avoir un matériau tolérant aux acides capable d'empêcher la réaction de retour de formation d'eau qui ralentit la division de l'eau."

"Néanmoins, nous sommes encore loin d'un appareil commercial et il reste encore du travail à faire, " dit Garcia-Esparza.