Les scientifiques savent depuis longtemps que le platine est de loin le meilleur catalyseur pour séparer les molécules d'eau afin de produire de l'hydrogène gazeux. Une nouvelle étude menée par des chercheurs de l'Université Brown montre pourquoi le platine fonctionne si bien - et ce n'est pas la raison qui a été supposée.

La recherche, Publié dans Catalyse ACS , aide à résoudre une question de recherche vieille de près d'un siècle, disent les auteurs. Et cela pourrait aider à concevoir de nouveaux catalyseurs pour produire de l'hydrogène qui sont moins chers et plus abondants que le platine. Cela pourrait finalement aider à réduire les émissions des combustibles fossiles.

« Si nous pouvons trouver un moyen de produire de l'hydrogène à moindre coût et efficacement, il ouvre la porte à de nombreuses solutions pragmatiques pour les combustibles et produits chimiques non fossiles, " a déclaré Andrew Peterson, professeur agrégé à la Brown's School of Engineering et auteur principal de l'étude. "L'hydrogène peut être utilisé dans les piles à combustible, combiné avec un excès de CO2 pour faire du carburant ou combiné avec de l'azote pour faire de l'engrais ammoniacal. Il y a beaucoup de choses que nous pouvons faire avec l'hydrogène, mais pour faire de la division de l'eau une source d'hydrogène évolutive, nous avons besoin d'un catalyseur moins cher."

La conception de nouveaux catalyseurs commence par comprendre ce qui rend le platine si spécial pour cette réaction, Peterson dit, et c'est ce que cette nouvelle recherche visait à comprendre.

Le succès du platine a longtemps été attribué à son énergie de liaison "Goldilocks". Les catalyseurs idéaux s'accrochent aux molécules réactives ni trop lâchement ni trop étroitement, mais quelque part au milieu. Liez les molécules trop lâchement et il est difficile de déclencher une réaction. Les lier trop étroitement et les molécules collent à la surface du catalyseur, rendant une réaction difficile à réaliser. L'énergie de liaison de l'hydrogène sur le platine équilibre parfaitement les deux parties de la réaction de séparation de l'eau. La plupart des scientifiques pensent donc que c'est cet attribut qui rend le platine si bon.

Mais il y avait des raisons de se demander si cette image était correcte, dit Peterson. Par exemple, un matériau appelé bisulfure de molybdène (MoS2) a une énergie de liaison similaire à celle du platine, est pourtant un catalyseur bien pire pour la réaction de séparation de l'eau. Cela suggère que l'énergie de liaison ne peut pas être toute l'histoire, dit Peterson.

Pour savoir ce qui se passait, lui et ses collègues ont étudié la réaction de séparation de l'eau sur des catalyseurs au platine en utilisant une méthode spéciale qu'ils ont développée pour simuler le comportement d'atomes et d'électrons individuels dans les réactions électrochimiques.

L'analyse a montré que les atomes d'hydrogène liés à la surface du platine à l'énergie de liaison « Boucle d'or » ne participent pas du tout à la réaction lorsque la vitesse de réaction est élevée. Au lieu, ils se nichent dans la couche cristalline de surface du platine, où ils restent des spectateurs inertes. Les atomes d'hydrogène qui participent à la réaction sont beaucoup plus faiblement liés que l'énergie supposée des "boucles d'or". Et plutôt que de se nicher dans le treillis, ils sont assis au sommet des atomes de platine, où ils sont libres de se rencontrer pour former du gaz H2.

C'est cette liberté de mouvement des atomes d'hydrogène à la surface qui rend le platine si réactif, concluent les chercheurs.

"Ce que cela nous dit, c'est que la recherche de cette énergie de liaison" Boucle d'or " n'est pas le bon principe de conception pour la région de haute activité, " Peterson a déclaré. "Nous suggérons que la conception de catalyseurs qui mettent l'hydrogène dans cet état hautement mobile et réactif est la voie à suivre."