Figure 1 :Caractérisation du catalyseur Pt1/CNT comprenant des sites PtN4 dispersés atomiquement à la surface des CNT. Crédit :UNIST
Le chlore est l'un des produits chimiques industriels les plus largement utilisés dans le monde aujourd'hui, avec 75 millions de tonnes produites annuellement. Une équipe de chercheurs, affilié à UNIST a récemment trouvé un moyen de rendre la fabrication de chlore plus efficace et abordable. Cela devrait être d'une grande aide pour les industries liées au chlore.
Une équipe de recherche commune, dirigé par le professeur Sang Hoon Joo et le professeur Sang Kyu Kwak de l'École d'ingénierie énergétique et chimique de l'UNIST, a dévoilé un nouveau catalyseur (Pt1/CNT) pour la génération électrochimique de chlore.
Les catalyseurs électrochimiques existants pour la génération de chlore contiennent une grande quantité de métaux précieux, comme le ruthénium (Ru) et l'iridium (Ir), sont donc chers et peu performants en termes de production. En outre, dans des conditions de faible concentration en chlore et d'un environnement à pH neutre, l'oxygène est généré en plus du chlore, et cela réduit l'efficacité globale de la production de chlore. L'équipe de recherche a développé un oxyde non métallique basé sur la conclusion que ces inconvénients sont enracinés dans les propriétés intrinsèques des catalyseurs à base d'oxyde métallique.
Le catalyseur nouvellement développé (Pt1/CNT) est un catalyseur à dispersion monoatomique dans lequel des atomes de platine (Pt) entourés de quatre atomes d'azote (N), sont dispersés sur des nanotubes de carbone (CNT). Puisque le catalyseur est complètement exposé à la surface des atomes métalliques (Pt), il a une efficacité élevée et de meilleures performances que les catalyseurs DSA commerciaux existants dans diverses conditions d'électrolyte, même avec la petite quantité. En outre, il contenait des ions chlore élevés, comme l'eau de mer, ou vice versa. Il peut être appliqué à l'avenir aux équipements de traitement électrochimique de l'eau.
Figure 2. Performances CER du catalyseur Pt1/CNT par rapport à son homologue NP et au catalyseur à anode dimensionnellement stable (DSA). Crédit :UNIST
"Il a été confirmé que seuls les ions chlore étaient adsorbés sélectivement sur les sites actifs de Pt1/CNT, tandis que d'autres réactions supplémentaires ont été supprimées, " déclare Taejung Lim du Département de génie chimique de l'UNIST, le premier auteur de l'étude. "Cela servira de nouveau catalyseur, qui surmonte l'inconvénient fondamental des catalyseurs à base d'oxydes métalliques existants."
Dans l'étude, Le professeur Kwak et le Dr Gwan Yeong Jung ont appliqué leurs données expérimentales aux calculs théoriques pour examiner la structure des sites actifs et le principe des réactions électrochimiques. Ils ont découvert que l'intégrité structurelle améliorée entre les sites actifs et les nanotubes de carbone se traduisait par une transmission électronique plus douce et une amélioration marquée des performances catalytiques.
"Grâce à la modélisation moléculaire et aux calculs de fonctionnelle de densité, nous avons identifié la structure centrale des sites actifs en Pt1/CNT, " dit le professeur Kwak. " Ce principe de calcul devrait contribuer à l'interprétation des principes de réactivité et de réaction de divers catalyseurs monoatomiques à l'avenir. "
"Le catalyseur monoatomique développé cette fois est un nouveau concept de conception de catalyseur qui change le paradigme du catalyseur d'oxyde de métal noble commercialisé il y a 50 ans, " dit le professeur Joo. " En particulier, le nouveau catalyseur n'est pas affecté par la composition de l'électrolyte, devrait donc être utilisé dans une variété d'applications, tels que le traitement de l'eau à moyenne et petite échelle, ainsi que le traitement des eaux de ballast.
