La surface des électrodes de platine change beaucoup plus pendant l'utilisation qu'on ne le pensait auparavant. Dans une collaboration entre les instituts de chimie et de physique de Leiden, les chimistes Léon Jacobse, Yi-Fan Huang et Marc Koper, et le physicien Marcel Rost ont pu le montrer pour la première fois. Parution dans Matériaux naturels .

Les électrodes de platine sont le cœur des électrolyseurs, qui convertissent l'électricité en hydrogène, et de piles à combustible, qui convertissent l'hydrogène en électricité; ce sont des dispositifs qui joueront un rôle clé dans la fourniture d'énergie durable, dans des applications telles que les voitures à hydrogène. Il y a un problème, cependant, à savoir que les performances des électrodes en platine diminuent avec l'utilisation, ce qui signifie que les électrodes doivent être remplacées périodiquement. C'est une entreprise coûteuse, les fabricants essaient donc de développer de meilleures électrodes. Cependant, ils n'ont pas les connaissances fondamentales pour pouvoir concevoir des alternatives efficaces.

Les chercheurs ont maintenant dévoilé une partie du processus de rugosité des électrodes de platine à des tensions variables, bien que des recherches supplémentaires soient nécessaires pour bien comprendre ce processus. Cette idée aidera les fabricants à développer des électrodes qui ont une durée de vie plus longue.

Les expériences étaient basées sur une électrode modèle en platine :une surface de platine monocristalline de la taille d'un cent d'euro qui a une structure atomique très régulière. En augmentant d'abord le potentiel électrique de l'électrode puis en le diminuant, le platine s'oxyde et se réduit successivement, par lequel des oxydes se forment à la surface, et par la suite réduire. C'est dans une certaine mesure comparable à ce qui se passe lorsqu'une pile à combustible ou un électrolyseur est allumé et éteint.

Un aspect nouveau de cette recherche est qu'au cours de chaque expérience, non seulement le courant a été mesuré, mais aussi le changement de la surface du platine au niveau atomique a été observé simultanément, à l'aide d'un microscope à effet tunnel de fabrication artisanale. Mesurer et observer sont généralement deux activités distinctes qui se déroulent à des stades différents, mais les combiner donne aux chercheurs une occasion unique de comprendre le processus étape par étape.

Les chercheurs ont observé dans les expériences que, après huit cycles d'augmentation et de diminution de la tension, de nombreux minuscules îlots de platine en 2D se sont formés au-dessus du platine d'origine plus ou moins plat. Après une trentaine de cycles, les îles se sont tellement étendues qu'elles couvrent presque toute la surface d'origine. Après cela, ils augmentent encore à chaque cycle, surtout en hauteur, jusqu'à 170 cycles.

À ce jour, les chercheurs et les fabricants d'électrodes ont préparé une électrode de platine propre en appliquant environ 20 cycles. Bien qu'il y ait ceux qui pensent encore que les électrodes restent lisses, il y a toujours eu des indications qu'une sorte de rugosité doit avoir lieu. La recherche de Leiden fournit beaucoup d'informations sur la rugosité réelle de la surface et son développement, et démontre également que ce processus de rugosité se poursuit.

Une autre découverte surprenante est que la réactivité de l'électrode augmente d'abord plus rapidement que la croissance des îlots, et qu'après cela la rugosité augmente encore, mais la réactivité reste constante, jusqu'à, comme prévu, après environ 20 cycles, ils s'égalisent. Les chercheurs de Leiden espèrent que la recherche de suivi les aidera à expliquer cela. Ils veulent également étudier ce qui se passe avec la structure de l'électrode de platine alors qu'une réaction électrochimique continue a lieu simultanément, comparable à la situation dans une pile à combustible ou un électrolyseur en pratique.