Une alternative simple et peu coûteuse aux catalyseurs coûteux à base de platine qui génèrent de l'hydrogène à partir de l'eau pourrait bientôt être disponible, grâce aux chercheurs A*STAR.

Une équipe de l'Institut de recherche et d'ingénierie des matériaux d'A*STAR a développé une approche en une étape pour synthétiser des phosphures de cobalt qui présentent une bonne activité électrochimique dans la réaction de dégagement d'hydrogène (HER). "Contrairement aux catalyseurs coûteux et rares à base de platine, ces catalyseurs au cobalt fonctionnalisés au phosphore sont particulièrement prometteurs du fait de leur stabilité à long terme et de leur adéquation à une mise en œuvre industrielle à grande échelle, " explique Yun Zong, qui a dirigé l'équipe avec Zhaolin Liu.

L'hydrogène est une énergie dense, source de carburant propre et renouvelable qui joue un rôle clé dans de nombreux processus industriels, comme la production d'ammoniac ainsi que le traitement et le raffinage des combustibles fossiles. Encore, il est principalement produit par reformage à la vapeur de gaz naturel, une extraction à haute température à partir d'hydrocarbures qui émet du dioxyde de carbone en grande quantité.

L'électrolyse de l'eau et la division de l'eau par la lumière, qui isolent l'hydrogène de l'eau, ont émergé comme des alternatives attrayantes et respectueuses de l'environnement à ce processus. Ces approches électrochimiques dépendent de la lente formation d'oxygène à l'anode concomitante à la réaction de dégagement d'hydrogène à la cathode. Cependant, tandis que l'évolution de l'hydrogène s'est avérée plus facile dans des conditions acides, les électrocatalyseurs développés pour accélérer la réaction anodique ont montré une activité plus élevée dans les milieux alcalins. En réponse à cela, l'équipe a mis au point des phosphures de cobalt nanostructurés capables de faciliter la réaction de dégagement d'hydrogène quel que soit le pH des milieux aqueux.

Les chercheurs ont concocté une synthèse facile et évolutive qui produit des catalyseurs en une seule étape. Dans cette synthèse en une étape, un composé contenant du phosphore réagit directement avec les sels de cobalt disponibles dans le commerce lorsqu'il est chauffé à 330 degrés Celsius. Cette « phosphidation » gaz-solide inhabituelle produit un mélange de composés contenant du cobalt, y compris les phosphures mono- et bimétalliques, oxydes, et des traces de métal avec une petite quantité de phosphine gazeuse.

"Chacune de ces espèces cobalteuses devrait bénéficier à l'ensemble de l'activité HER, " dit Zong, notant que la plupart des réactions de phosphidation gaz-solide ne donnent le dérivé monométallique qu'avec de faibles rendements. Il ajoute que les synthèses conventionnelles nécessitent de multiples étapes impliquant la production d'un précurseur de cobalt et la formation subséquente de phosphure.

En plus d'intégrer leurs catalyseurs à base de cobalt dans un système de fractionnement de l'eau, l'équipe travaille actuellement au criblage d'autres sels de métaux de transition et à l'optimisation des procédures de synthèse. "Ces protocoles peuvent être étendus à la phosphidation en une étape d'autres sels de métaux de transition, " dit Zong, l'ajout de cet aperçu de la phosphuration directe des sels de cobalt fournit une contribution précieuse pour la future synthèse à grande échelle des phosphures de métaux de transition.