Un groupe de recherche dirigé par le professeur YANG Minghui de l'Institut de technologie et d'ingénierie des matériaux de Ningbo (NIMTE) de l'Académie chinoise des sciences (CAS) a découvert que les catalyseurs au nitrure de zirconium (ZrN) pourraient être une alternative supérieure aux catalyseurs coûteux en platine (Pt) pour la réduction de l'oxygène. L'étude a été publiée dans Matériaux naturels .

La plupart des dispositifs d'énergie électrochimique, comme les piles à combustible et les batteries métal-air, besoin de catalyseurs pour augmenter la puissance à des taux acceptables. La réaction de réduction de l'oxygène (ORR) est l'une des réactions les plus fondamentales impliquées dans les dispositifs d'énergie électrochimique, ce qui a grandement influencé la fourniture d'énergie des appareils.

Le Pt est actuellement le catalyseur ORR le plus largement utilisé et commercial. Cependant, c'est un métal peu disponible (37 ppb dans la croûte terrestre) avec un coût élevé (28,3 $ US g-1 comme prix moyen 2018), ce qui limite les applications à grande échelle des dispositifs d'énergie électrochimique.

Pour régler ce problème, le groupe de recherche a utilisé une voie urée-verre à des températures modérées pour préparer des nanoparticules de ZrN (NP), qui pourrait remplacer et même surpasser le Pt coûteux en tant que catalyseur pour la réduction de l'oxygène dans des conditions alcalines.

Les NPs ZrN telles que synthétisées ont montré une performance élevée de réduction de l'oxygène avec la même activité que celle du catalyseur commercial traditionnel Pt-sur-carbone (Pt/C). Par ailleurs, dans des solutions de KOH 0,1 M, les deux matériaux ont montré le même potentiel demi-onde (E1/2 =0,80 V) et le ZrN a présenté une stabilité plus élevée (ΔE1/2 =-3 mV) que le catalyseur Pt/C (ΔE1/2 =-39 mV) après 1, 000 cycles ORR. Outre, Le ZrN a fourni une densité de puissance et une cyclabilité supérieures à celles du Pt/C dans une batterie zinc-air.

Il semble que le ZrN soit un co-catalyseur exceptionnel car il combine d'excellentes caractéristiques de faible coût, activité élevée et stabilité supérieure, bénéficiant de la promotion des applications à grande échelle de la conversion électrochimique de l'énergie.

De plus, ce travail peut éclairer les recherches plus approfondies sur les catalyseurs au nitrure rentables et efficaces, et ouvrir la voie à l'utilisation massive d'énergies propres.