Une étude récente, affilié à l'Institut national des sciences et de la technologie d'Ulsan en Corée du Sud (UNIST) a signalé un électrocatalyseur à base de phosphate de Fe 3 Co(PO 4 ) 4 /oxyde de graphène réduit (rGO) (1) pour les REL, qui est prédit être très actif par la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT).

Il y a eu beaucoup d'intérêt pour « l'hydrogène qui brise les molécules d'eau pour produire de l'électricité » en tant qu'énergie respectueuse de l'environnement pour remplacer les combustibles fossiles. À la fois, il est important d'augmenter l'efficacité de la réaction de décomposition de l'eau pour utiliser moins d'électricité, et des catalyseurs de haute performance peu coûteux ont été développés pour aider les importantes réactions génératrices d'oxygène.

Une équipe de recherche, dirigé par le professeur distingué Kwang S. Kim à l'École des sciences naturelles de l'UNIST a signalé un électrocatalyseur à base de phosphate de Fe 3 Co(PO 4 ) 4 /oxyde de graphène réduit (rGO) (1) pour les REL, qui est prédit être très actif par la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT). Le nouveau catalyseur est accrocheur, avec une amélioration des performances de 25 % par rapport aux catalyseurs coûteux disponibles dans le commerce.

Dans la réaction de décomposition de l'eau, des réactions produisant de l'hydrogène et de l'oxygène se produisent simultanément. Cependant, la réaction de génération d'oxygène des deux est relativement lente pour réduire l'efficacité de la réaction globale de décomposition de l'eau. Afin de surmonter ce problème, l'oxyde d'iridium (IrO₂) et l'oxyde de ruthénium (RuO₂) sont utilisés comme catalyseurs pour les réactions de génération d'oxygène pour augmenter la vitesse de réaction, mais ils sont moins stables que d'excellentes performances. En outre, les métaux nobles coûteux tels que l'iridium et le ruthénium ont la limitation que les composants principaux.

L'équipe a développé un nouveau catalyseur générant de l'oxygène qui utilise des matériaux peu coûteux et est très efficace et stable. Sultan est un matériau dans lequel le fer (Fe), le cobalt (Co) et l'acide phosphorique (P) sont placés sur un support d'oxyde de graphène conçu par un chercheur en chimie de l'UNIST. Selon la direction de la recherche, Hamilan, un chercheur en chimie UNIST, utilisé un superordinateur pour calculer des matériaux de diverses compositions que le fer et le cobalt pouvaient combiner avec l'acide phosphorique.

Dans le cas d'un électrocatalyseur à base de phosphate, la réaction de dégagement d'oxygène a lieu sur les atomes de fer et de cobalt. La répartition des électrons et des liaisons chimiques autour de ces atomes détermine l'efficacité de la réaction de dégagement d'oxygène. Pour les catalyseurs nouvellement développés, l'acide phosphorique ajouté a été calculé pour optimiser cette fraction. L'équipe a synthétisé ces matériaux théoriquement prédits et les a démontrés expérimentalement.

Le nouveau catalyseur est plus de 25 % plus efficace que les catalyseurs commerciaux à base d'oxyde d'iridium. L'efficacité catalytique est évaluée comme « surtension, " la quantité d'énergie électrique supplémentaire qui entre dans la réaction. L'oxyde d'iridium a nécessité 303 millivolts (mV) pour obtenir une densité de courant de 100 milliampères (mA) pour 1 cm 2 de catalyseur, mais seulement 237 mV pour le nouveau catalyseur. Cette valeur est proche de la valeur théoriquement prédite.

Le matériau nouvellement synthétisé a une excellente stabilité ainsi que des performances. Après plus de 5000 réactions n'a pas changé de manière significative structurellement, et même après 70 heures de réaction, il n'a pas dégradé la réactivité. En outre, le support d'oxyde de graphène constituant le catalyseur compensé la faible conductivité électrique du fer/cobalt et de l'acide phosphorique, qui a montré une meilleure réactivité.

« Grâce à cette étude, nous avons développé un catalyseur beaucoup plus oxygénant qu'un catalyseur commercial coûteux et plusieurs centaines de fois moins cher, ", déclare le distingué professeur Kim. "Il sera utile pour développer des catalyseurs pour divers matériaux énergétiques respectueux de l'environnement tels que les piles à combustible."

Les résultats de cette recherche ont été publiés dans le numéro de novembre 2019 de Communication Nature .