Un revêtement poreux à base de cérium augmente la durabilité des catalyseurs de formation d'oxygène tout en maintenant leur activité inhérente de séparation de l'eau.

L'efficacité de la séparation de l'hydrogène et de l'oxygène de l'eau pourrait être augmentée en utilisant des électrocatalyseurs économiques qui combinent hautes performances et robustesse. Des chercheurs du KAUST ont mis au point un revêtement qui protège les catalyseurs de séparation de l'eau dédiés au soi-disant dégagement d'oxygène sans réduire leur activité électrochimique.

L'hydrogène transporte une énergie considérable. Des efforts considérables pour isoler de l'eau cette source prometteuse de combustible propre ont conduit à des approches électrochimiques, telles que l'électrolyse de l'eau et la division de l'eau par la lumière. Ces méthodes reposent généralement sur la formation d'hydrogène à la cathode et le dégagement d'oxygène à l'anode. Cependant, contrairement à son homologue à hydrogène, le dégagement d'oxygène est généralement lent et nécessite une surtension importante, ce qui signifie que l'anode consomme plus d'énergie que ce qui est estimé thermodynamiquement. Cela entrave la production globale d'hydrogène.

Catalyseurs nickel-oxyde de fer, tels que NiFeOx, se sont avérés très actifs pour la réaction anodique, mais sont instables dans des conditions d'oxydation difficiles. L'exposition à une tension excessive ou à des solutions alcalines fait perdre à ces catalyseurs des espèces contenant du fer, qui se dissolvent des sites actifs et se désactivent progressivement.

Pour résoudre ce problème, doctorat L'étudiant Keisuke Obata et le professeur de sciences chimiques Kazuhiro Takanabe ont développé un revêtement protecteur pour une anode NiFeOx. La fine couche d'oxyde de cérium (CeOx) était constituée de minuscules particules agrégées en une structure poreuse qui ne laissait échapper que les molécules d'oxygène générées.

Selon Takanabe, son groupe de recherche introduit généralement des caractéristiques fonctionnelles à l'échelle nanométrique sur les surfaces des électrodes de séparation de l'eau pour améliorer les performances. "Notre groupe a trouvé de nombreux revêtements nanostructurés pour la cathode à dégagement d'hydrogène, mais aucun qui pourrait couvrir de manière stable la surface de l'anode de dégagement d'oxygène, " il dit.

Forts de leur expérience sur les revêtements cathodiques, les chercheurs ont proposé un nouveau revêtement pour le catalyseur de dégagement d'oxygène :dépôt anodique d'ions Ce3+, qui ont été oxydés et précipités sous forme d'une couche de CeOx sous tension appliquée. "Nous ne nous attendions pas à ce que les espèces de cérium améliorent la stabilité des catalyseurs nickel-oxyde de fer au début du projet, " dit Obata, notant que si la stabilité est un facteur important pour la catalyse, la réactivité est critique.

La couche de CeOx a maintenu la réactivité intrinsèque de l'électrocatalyseur en dessous et, par conséquent, n'a ajouté qu'une perméabilité sélective et une durabilité à l'électrode. Un phénomène similaire s'est produit pour un électrocatalyseur de cobalt anodique revêtu de CeOx, ce qui signifie que ce dépôt fonctionnera sur divers catalyseurs de dégagement d'oxygène.

L'équipe de Takanabe étudie actuellement différents matériaux pour parfaire les propriétés de leur revêtement. "Nous testons nos matériaux dans des conditions pertinentes pour l'industrie, " il ajoute.