Briser les liaisons entre l'oxygène et l'hydrogène dans l'eau pourrait être une clé pour la création d'hydrogène de manière durable, mais trouver une technique économiquement viable pour cela s'est avéré difficile. Les chercheurs signalent un nouveau catalyseur de génération d'hydrogène qui élimine de nombreux obstacles - abondance, stabilité en conditions acides et efficacité.

Dans la revue Angewandte Chemie , Des chercheurs de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign rapportent sur un matériau électrocatalytique fabriqué à partir du mélange de composés métalliques avec une substance appelée acide perchlorique.

Les électrolyseurs utilisent l'électricité pour briser les molécules d'eau en oxygène et en hydrogène. Les plus efficaces de ces appareils utilisent des acides corrosifs et des matériaux d'électrode constitués de composés métalliques d'oxyde d'iridium ou d'oxyde de ruthénium. L'oxyde d'iridium est le plus stable des deux, mais l'iridium est l'un des éléments les moins abondants sur Terre, les chercheurs sont donc à la recherche d'un matériau alternatif.

"Une grande partie du travail précédent a été réalisée avec des électrolyseurs fabriqués à partir de seulement deux éléments - un métal et de l'oxygène, " dit Hong Yang, co-auteur et professeur de génie chimique et biomoléculaire à l'Illinois. « Dans une étude récente, nous avons trouvé si un composé a deux éléments métalliques - l'yttrium et le ruthénium - et de l'oxygène, le taux de réaction de séparation de l'eau a augmenté."

Yao Qin, co-auteur et ancien membre du groupe de Yang, a d'abord expérimenté la procédure de fabrication de ce nouveau matériau en utilisant différents acides et températures de chauffage pour augmenter la vitesse de la réaction de séparation de l'eau.

Les chercheurs ont découvert que lorsqu'ils utilisaient de l'acide perchlorique comme catalyseur et laissaient le mélange réagir à la chaleur, la nature physique du produit de ruthénate d'yttrium a changé.

"Le matériau est devenu plus poreux et avait également une nouvelle structure cristalline, différent de tous les catalyseurs solides que nous fabriquions auparavant, " a déclaré Jaemin Kim, l'auteur principal et un chercheur postdoctoral. Le nouveau matériau poreux développé par l'équipe, un oxyde de pyrochlore de ruthénate d'yttrium, peut diviser les molécules d'eau à un taux plus élevé que la norme actuelle de l'industrie.

"En raison de l'activité accrue qu'il favorise, une structure poreuse est hautement souhaitable lorsqu'il s'agit d'électrocatalyseurs, " a déclaré Yang. "Ces pores peuvent être produits synthétiquement avec des modèles et des substances de taille nanométrique pour la fabrication de céramiques; cependant, ceux-ci ne peuvent pas tenir dans les conditions de température élevées nécessaires à la fabrication de catalyseurs solides de haute qualité. »

Yang et son équipe ont examiné la structure de leur nouveau matériau au microscope électronique et ont découvert qu'il est quatre fois plus poreux que le ruthénate d'yttrium original qu'ils ont développé dans une étude précédente, et trois fois celui des oxydes d'iridium et de ruthénium utilisés commercialement.

"Il était surprenant de constater que l'acide que nous avons choisi comme catalyseur pour cette réaction s'est avéré améliorer la structure du matériau utilisé pour les électrodes, " a déclaré Yang. " Cette prise de conscience était fortuite et très précieuse pour nous. "

Les prochaines étapes pour le groupe consistent à fabriquer un appareil à l'échelle du laboratoire pour des tests supplémentaires et à continuer d'améliorer la stabilité des électrodes poreuses dans les environnements acides, dit Yang.

"La stabilité des électrodes dans l'acide sera toujours un problème, mais nous sentons que nous avons trouvé quelque chose de nouveau et de différent par rapport à d'autres travaux dans ce domaine, " a déclaré Yang. " Ce type de recherche aura un impact considérable sur la production d'hydrogène pour une énergie durable à l'avenir. "

Étudiant diplômé Pei-Chieh Shih, Zaid Al-Bardanand et le chercheur du Laboratoire national d'Argonne Cheng-Jun Sun ont également contribué à cette recherche.