La réaction de dégagement d'oxygène (OER) et la réaction de réduction de l'oxygène (ORR) peuvent être considérées comme deux trophées dans le domaine de l'utilisation efficace de l'énergie hydrogène. Cependant, en REL acide, un potentiel appliqué élevé était nécessaire et la stabilité du catalyseur est très mauvaise, ce qui a entraîné une cinétique lente. Avec catalyseur Ru, le processus est considérablement accéléré. Crédit :CUI Jie
Le carburant hydrogène est propre, renouvelables et à haut rendement. L'électrolyse de l'eau est un moyen idéal pour produire de l'hydrogène, pourtant, il nécessite des catalyseurs actifs et stables qui rendent ce procédé plus efficace et moins cher. Sans catalyseurs appropriés, transformer l'eau en carburant semble trop beau pour être vrai.
Heureusement, une étude récente rapproche ce rêve. L'équipe du professeur Wu Yuen de l'Université des sciences et technologies de Chine (USTC) a préparé avec succès une sorte de catalyseur en alliage à un seul atome de ruthénium, ce qui accélère considérablement le processus d'électrolyse de l'eau avec une surtension plus faible (220 mV).
Le groupe a réussi à préparer un catalyseur à un seul atome de ruthénium (Ru) par ingénierie des défauts de surface pour capturer et stabiliser des atomes uniques. Le catalyseur Ru à un seul atome délivre une surtension inférieure de 90 mV pour atteindre une densité de courant de 10 mA/cm
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, et un ordre de grandeur avec une durée de vie plus longue que celle du RuO commercial
Dans cette étude, les chercheurs ont construit une série de Ru1 sur alliage en utilisant différents alliages de PtCu par gravure acide séquentielle et lixiviation électrochimique. Ils ont également trouvé une relation volcanique entre l'activité de la réaction d'évolution de l'oxygène (OER) et la constante de réseau des alliages PtCu. Les enquêtes sur la théorie fonctionnelle de la densité révèlent que la contrainte de compression de la coque Pt-skin conçoit la structure électronique du Ru1, permettant une liaison optimisée des espèces oxygénées et une meilleure résistance à la suroxydation et à la dissolution.
Ru a été atomiquement dispersé dans un support métallique. En milieu électrolytique acide, les molécules d'eau ont été adsorbées sur le site actif de l'atome de Ru sous le potentiel appliqué, puis le catalyseur à un seul atome de Ru stimule l'électrolyse acide de l'eau produisant de l'oxygène via le mécanisme OOH. (Violet, bleu, les boules rouges et blanches représentent Ru, pt, atomes O et H, respectivement.) Crédit:WU Yuen
Par rapport aux systèmes à base d'iridium, qui ont une meilleure résistance à la dissolution, Ceux à base de Ru ont des réserves plus abondantes et ont été évalués comme étant un catalyseur de REL plus actif en raison de son surpotentiel plus faible.
Cette recherche rend la production d'hydrogène par électrolyse de l'eau plus facile et plus efficace, et permet aux gens de voir le grand potentiel de l'hydrogène comme nouvelle énergie alternative à l'avenir.
Néanmoins, jusqu'à maintenant, le problème de stabilité du catalyseur n'a pas été complètement résolu. "Il reste encore de nombreuses explorations pour améliorer encore le système de réaction et nous allons continuer à concevoir des expériences et à essayer de trouver le meilleur moyen d'augmenter l'activité et la stabilité des catalyseurs." dit Ph.D. YAO.
