Des nanomatériaux qui accélèrent la production d'hydrogène gazeux ont été créés par les chercheurs d'A*STAR et de NTU. Ces travaux pourraient aider à développer des technologies plus efficaces pour fabriquer ce carburant propre.

Quand l'hydrogène brûle, il ne produit que de l'eau comme sous-produit, ce qui en fait un carburant propre attrayant pour les véhicules et d'autres applications énergétiques. Cependant, la plupart de l'hydrogène dans le monde est actuellement produit à l'aide de combustibles fossiles dans un processus qui émet de grandes quantités de dioxyde de carbone, un gaz à effet de serre.

Les chercheurs envisagent ainsi de fabriquer de l'hydrogène en fractionnant l'eau grâce à l'électricité produite par des sources renouvelables. Ces systèmes d'électrolyse utilisent généralement des électrodes contenant des catalyseurs, qui accélèrent la production d'hydrogène et réduisent la quantité d'électricité nécessaire pour entraîner la réaction de dégagement d'hydrogène, l'une des deux réactions impliquées dans la division de l'eau.

Maintenant, Yonghua Du de l'Institut des sciences chimiques et de l'ingénierie A*STAR, travailler avec le groupe de Hua Zhang à l'Université technologique de Nanyang, a étudié les capacités catalytiques de nanomatériaux à base de séléniure de sulfure de rhénium.

Les chercheurs se sont concentrés sur une phase qui contient des chaînes en zigzag d'atomes de rhénium entre des couches voilées de soufre et de sélénium. Ils ont utilisé un réactif chimique pour insérer du lithium entre ces couches atomiques. L'ajout d'eau a déclenché une réaction qui a clivé des points de matériau de seulement 2 nanomètres.

L'équipe a ensuite testé des nanoparticules contenant des proportions variables de soufre et de sélénium. Le matériau avec des quantités égales de soufre et de sélénium avait les meilleures performances catalytiques, nécessitant la tension la plus basse pour catalyser la réaction de dégagement d'hydrogène. Ce matériau particulier était également très stable, montrant une perte de performance négligeable même après 20, 000 cycles d'essais.

Pour comprendre les origines de cette activité catalytique, L'équipe de Du a utilisé la spectroscopie d'absorption des rayons X pour étudier la disposition des atomes dans les nanoparticules. Ils ont découvert que le processus utilisé pour créer les nanoparticules pouvait également créer des défauts en éliminant les atomes de soufre de la structure du matériau.

Le groupe de Zhang a effectué d'autres expériences et calculs théoriques pour montrer que ces défauts ont amélioré l'activité catalytique des nanoparticules en permettant à une charge de s'accumuler sur les atomes de rhénium à côté du site du soufre manquant (voir image).

"L'ingénierie des défauts s'est avérée être l'un des moyens les plus efficaces d'améliorer l'activité des catalyseurs pour la réaction électrocatalytique de dégagement d'hydrogène, et la spectroscopie d'absorption des rayons X est une technique clé pour démêler les défauts des nanomatériaux, " dit Zhang.

Les chercheurs affirment que cette approche pour comprendre l'activité catalytique devrait aider à la conception et à la synthèse d'autres électrocatalyseurs haute performance.