Des chercheurs travaillant au sein du PRN MARVEL ont découvert un catalyseur d'auto-guérison qui peut être utilisé pour libérer de l'hydrogène par déshydrogénation hydrolytique du borane d'ammoniac. Le catalyseur, SION-X, est basé sur le minéral abondant Jacquesdietrichite, est durable, stable à l'air et peut être facilement régénéré, stocké et manipulé. Ces caractéristiques signifient qu'il peut offrir des avantages significatifs par rapport aux catalyseurs existants utilisés dans la production d'hydrogène vecteur d'énergie propre et renouvelable. La recherche a été publiée dans le Journal de la chimie des matériaux A .

Hydrogène (H 2 ) est un vecteur d'énergie propre et renouvelable et est considéré comme un candidat idéal pour les futures applications mobiles et stationnaires. L'utilisation à grande échelle nécessite un stockage et une libération sûrs et efficaces de H 2 , cependant, et cela reste un défi malgré l'étude de plusieurs systèmes de stockage d'hydrogène.

Dans les années récentes, certaines recherches se sont concentrées sur les composés d'hydrure à base d'azote de bore (B-N) car ils sont capables de stocker et de libérer des quantités importantes de H 2 . Parmi les composés, le plus simple, l'ammoniac borane (AB), est particulièrement prometteur car il ne souffre pas d'auto-hydrolyse dans l'eau, il a un H élevé 2 teneur, bas poids moléculaire, est non toxique et présente une stabilité particulièrement élevée à la fois dans les solutions aqueuses et dans l'air. Il présente un grand potentiel pour les applications embarquées dans les transports.

L'hydrolyse à température ambiante s'est avérée être la méthode la plus bénigne et la plus efficace pour libérer l'hydrogène de l'AB, empêchant l'utilisation de températures élevées ou de tout autre solvant toxique et coûteux. Un catalyseur est cependant souvent nécessaire pour conduire l'hydrolyse de AB. Et bien qu'il existe une gamme de catalyseurs capables de libérer efficacement de l'hydrogène à partir d'AB, ils souffrent d'un certain nombre d'inconvénients. Ceux à base de métaux nobles sont chers, non durable, et impraticable pour les applications à grande échelle. Les catalyseurs à base de métaux non nobles sont sensibles à l'air et peuvent être facilement oxydés et nécessitent donc une manipulation et un stockage spéciaux, et peut être difficile à régénérer. En plus, l'activité catalytique est partiellement diminuée voire complètement désactivée après quelques cycles de la réaction, comme, par exemple, dans le cas des métaux de transition abondants en terre.

Ces inconvénients ont motivé les chercheurs, dirigé par Dr. Kyriakos C. Stylianou de l'EPFL et du NCCR MARVEL, pour essayer de trouver de meilleurs catalyseurs. Les candidats idéaux doivent être basés sur des éléments abondants, stable à l'air, et facilement régénérable, stocké et manipulé. De tous ces points forts, les chercheurs ont envisagé la régénération, ou l'auto-guérison - la capacité du catalyseur à se réparer spontanément pendant les opérations normales - pour être le plus attrayant. En effet, il est essentiel pour les applications pratiques car la stabilité du catalyseur est directement liée à sa viabilité économique.

Leur roman, catalyseur durable d'auto-guérison, décrit dans l'article Discovery of a Self-healing Catalyst for the Hydrolytic Dehydrogenation of Ammoniac Borane, semble correspondre à la facture. Le catalyseur, surnommé SION-X, est la forme synthétique de la Jacquesdietrichite (Cu 2 [(BO)(OH) 2](OH) 3 ), un minéral trouvé pour la première fois dans la mine de Tachgagalt au Maroc en 1999. Les scientifiques l'ont d'abord obtenu sous forme de poudre bleue après avoir exposé à l'air libre le résidu de la réaction entre une structure métallo-organique (MOF) à base de cuivre et AB. Lorsqu'ils ont utilisé SION-X dans l'hydrolyse de AB, ils ont obtenu plus de 90 % de conversion de H 2 en 45 minutes environ. Pendant le processus, il s'est transformé en nanoparticules de cuivre (0). Lorsque le mélange réactionnel a ensuite été exposé à l'air, la poudre bleue de SION-X a été auto-cicatrisée et reformée à partir de nanoparticules de cuivre (0). Ils ont pu effectuer 10 cycles de catalyse-régénération avec l'activité de SION-X restant inchangée.

Ce processus d'auto-guérison, dans lequel le catalyseur a restauré son intégrité structurelle à l'air libre sans application de chaleur, pression ou polarisation électrique, est extrêmement important pour prolonger la durée de vie du catalyseur et fait de SION-X un bon candidat pour une utilisation dans la déshydrogénation hydrolytique à grande échelle de AB.

"La catalyse auto-cicatrisante de SION-X en l'absence de tout apport d'énergie supplémentaire donne une nouvelle perspective à la catalyse hétérogène pour les applications liées à l'énergie, ", ont déclaré les chercheurs.