Des chercheurs du monde entier travaillent activement à accélérer le développement de nouveaux catalyseurs qui peuvent réduire considérablement le coût de production d'hydrogène. Un certain nombre de catalyseurs révolutionnaires ont été signalés, pourtant leurs performances attendues sont souvent inconnues avant la mise en œuvre, et donc des recherches supplémentaires sont nécessaires pour une utilisation pratique. Une étude récente, affilié UNIST, a introduit un nouveau catalyseur hautement efficace pour la production d'hydrogène et ses performances catalytiques attendues ont également été démontrées.

Le professeur Jong-Beom Baek et son équipe de recherche à l'École d'ingénierie énergétique et chimique de l'UNIST ont développé avec succès un nouveau catalyseur d'hydrogène pour la séparation de l'eau, qui est constitué de nanoparticules de ruthénium (Ru) uniformément réparties et ancrées à la surface de nanotubes de carbone multiparois (MWCNT), ou (Ru@MWCNT). L'équipe de recherche a également évalué les performances catalytiques du Ru@MWCNT. Les résultats ont indiqué que le catalyseur Ru@MWCNT est supérieur à bien des égards aux catalyseurs Pt/C commerciaux. Les nouveaux catalyseurs sont simples à synthétiser et peuvent être produits en série, selon l'équipe de recherche.

"En plus d'introduire des catalyseurs hautement efficaces et stables qui surpassent les caractéristiques des matériaux existants, cette étude vise à évaluer les performances catalytiques des électrodes catalytiques, qui est un élément essentiel de la commercialisation, " dit le professeur Baek.

L'hydrogène est l'élément le plus abondant, qui représente 75 % de l'univers, et a été considéré comme une source d'énergie efficace et respectueuse de l'environnement pour l'avenir. Actuellement, la majorité de l'hydrogène est produite à partir de combustibles fossiles, comme le gaz naturel et cela libère souvent du dioxyde de carbone (CO 2 ) émissions dans le processus. Comme alternative, le processus d'utilisation de l'électricité pour diviser l'eau en hydrogène et en oxygène a été suggéré, mais cela nécessite l'utilisation de catalyseurs coûteux, comme le platine.

D'où, L'équipe du professeur Baek n'a cessé de développer des catalyseurs dont les performances sont non seulement supérieures aux catalyseurs traditionnels au platine, mais ont des coûts de production inférieurs. Le catalyseur Ru@MWCNT présente des propriétés électrochimiques supérieures aux catalyseurs organométalliques précédemment annoncés. Le catalyseur démontre d'excellentes performances HER avec de faibles surtensions (voir Figure 1), durabilité exceptionnelle et fréquences de renouvellement élevées dans des conditions acides et alcalines.

Les catalyseurs Ru@MWCNT prennent la structure, dans lequel des nanoparticules de ruthénium (Ru) sont uniformément réparties et ancrées à la surface de nanotubes de carbone multiparois (MWCNT). Grâce à la distribution granulométrique plus petite et à l'uniformité des particules, il affiche d'excellentes performances HER et pour cela, un procédé de fabrication a également été développé.

« La méthode existante de combinaison du Ru et des CNT, il y a une tendance à ce que les particules de Ru se collent entre elles et en augmentant régulièrement la taille de l'agglomérat pendant le traitement thermique, " dit Do Hyung Kweon (M.S./Ph.D. combiné en génie énergétique et chimique, UNIST), le premier auteur de l'étude. "Nous supprimons cette agglomération de particules via l'introduction de" sel de Ru " et de " -COOH ", ce qui a permis la distribution uniforme des nanoparticules de Ru à la surface du MWCNT. "

Afin de déterminer avec précision les performances du nouveau catalyseur, Le professeur Baek a mené l'évaluation des performances HER dans la construction et l'analyse du système de fractionnement de l'eau, en plus de la mesure de surtension existante. Leurs résultats montrent que Ru@MWCNT produit 15,4 % d'hydrogène en plus par consommation d'énergie que le Pt/C commercial et que le rendement faradique (92,28 %) est supérieur au Pt/C (85,97 %).

"Les études précédentes sur les catalyseurs à hydrogène se concentrent sur l'évaluation de la performance catalytique elle-même, et ils étaient inadéquats pour faire face à la construction et à l'analyse du système de fractionnement de l'eau, ", déclare le professeur Baek. "Cette étude est importante car elle peut prédire l'applicabilité réelle de l'HER."

Les résultats de cette recherche ont été publiés dans Communication Nature .