La récupération d'énergie régénérative génère souvent plus d'électricité que ce qui est directement nécessaire. Des procédés électrochimiques pourraient être utilisés pour stocker l'énergie excédentaire ou la rendre utilisable. Bien que des recherches intensives sur les catalyseurs nécessaires pour cela se poursuivent depuis 20 ans, les progrès ne se font qu'à petits pas. Qu'est-ce qui devrait changer dans la recherche pour développer des des catalyseurs stables et sélectifs pour une application industrielle est décrit par le Dr Justus Masa du Max Planck Institute for Chemical Energy Conversion, Le professeur Corina Andronescu de l'Université de Duisburg-Essen et le professeur Wolfgang Schuhmann de la Ruhr-Universität Bochum dans un article de synthèse. Il a été publié en ligne dans la revue Angewandte Chemie le 30 juin 2020.

Réactions chimiques pour la conversion d'énergie

Trois réactions chimiques seraient particulièrement adaptées à la conversion d'énergie :l'électrolyse de l'eau en hydrogène et oxygène, qui peut ensuite être utilisé pour générer de l'énergie électrique dans des piles à combustible ; la conversion de l'azote en ammoniac, une matière première importante pour l'industrie chimique; et la conversion électrochimique du CO 2 en d'autres matières premières pour l'industrie, comme l'éthylène.

Activité, sélectivité et stabilité des catalyseurs

Dans leur article de synthèse, les auteurs décrivent que la recherche sur de nouveaux catalyseurs doit toujours garder à l'esprit trois facteurs :l'activité, sélectivité et stabilité. L'activité décrit la puissance d'un catalyseur à un apport énergétique donné. La sélectivité est définie comme la capacité de produire la substance souhaitée sans contaminer les sous-produits. La stabilité indique l'efficacité d'un catalyseur à long terme.

"De nombreuses publications revendiquent une forte activité, stabilité et sélectivité des électrocatalyseurs pour les réactions importantes de conversion d'énergie, mais il y a un manque de preuves, " dit Wolfgang Schuhmann, responsable du Centre d'électrochimie et membre du pôle d'excellence Ruhr Explores Solvation, Résoudre.

Écart entre la recherche fondamentale et l'application

Massa, Andronescu et Schuhmann critiquent, entre autres, qu'on n'attache souvent pas assez d'importance à la stabilité des catalyseurs. « La sous-estimation de la stabilité du catalyseur est en grande partie responsable de l'énorme écart entre des avancées apparemment passionnantes dans la conception de catalyseurs actifs et la mise en œuvre pratique de ces catalyseurs dans des applications techniques, " ils écrivent.

L'équipe identifie cinq facteurs qui entravent le passage de la recherche à la pratique :

• Les performances et les propriétés des matériaux des catalyseurs dans les conditions d'application diffèrent de celles dans des conditions de laboratoire.
• Il n'y a pas de lignes directrices définies pour évaluer et comparer les performances des catalyseurs.
• Des méthodes de caractérisation inappropriées sont souvent utilisées pour déterminer les performances des réactions électrocatalytiques.
• On connaît trop peu les centres actifs des catalyseurs et leur stabilité à long terme. Par exemple, les influences des molécules de solvant environnantes et des ions sur la fonction sont négligées.
• Pour déterminer l'activité d'un catalyseur, sa surface réelle doit être connue. Les ensembles de nanoparticules sont souvent utilisés comme catalyseurs pour lesquels les méthodes classiques de détermination de surface ne sont pas adaptées.

Dans leur article, Justus Masa, Corina Andronescu et Wolfgang Schuhmann utilisent des résultats expérimentaux pour démontrer à quel point il est important de toujours penser à la stabilité des catalyseurs de manière intégrée à leur activité. Ils proposent différentes méthodes pour mesurer de manière fiable l'activité et font référence à la nanoélectrochimie. Si des ensembles de nanoparticules sont utilisés comme catalyseurs, les nanoparticules individuelles doivent être caractérisées, pas des ensembles de particules, sinon des interférences se produiront. Finalement, les auteurs appellent à un changement de paradigme dans la conception des catalyseurs. Ils énumèrent des approches prometteuses qui pourraient produire les produits souhaités de manière très sélective.