Une étude récente, affilié à l'Institut national des sciences et de la technologie d'Ulsan en Corée du Sud (UNIST) a dévoilé une nouvelle technique qui permet de multiplier par cinq le rendement de production d'hydrogène via le dépôt d'hydrogels superaérophobes hautement poreux sur une surface d'électrode souhaitée.

Les gouttes d'eau tombant sur les feuilles de lotus rebondissent facilement au lieu d'être partiellement épinglées à la surface. Ceci est dû à la répartition irrégulière des microbosses sur les feuilles, qui a la propriété de repousser l'eau. S'inspirant des feuilles de lotus, une technique qui améliore considérablement l'efficacité de la production d'hydrogène via l'amélioration des surfaces des électrodes a été développée.

Une équipe de recherche, dirigé conjointement par le professeur Jungki Ryu et le professeur Dongwoog Lee de la School of Energy and Chemical Engineering, a dévoilé une nouvelle technique qui permet de multiplier par cinq le rendement de production d'hydrogène via le dépôt d'hydrogels superaérophobes hautement poreux sur une surface d'électrode souhaitée. Cela a attiré beaucoup d'attention car il augmente considérablement l'efficacité de la production d'hydrogène sans avoir besoin de développer de nouveaux catalyseurs.

Lorsqu'une boisson gazeuse est versée dans un verre, le CO 2 le gaz dissous dans la boisson forme de minuscules bulles qui adhèrent à la surface intérieure du verre. Bien que ces bulles n'aient pas d'importance lorsque vous buvez des boissons, ils peuvent nuire à de nombreux systèmes électrochimiques. En effet, dans des cellules électrolytiques, les bulles formées à la surface des électrodes réduisent l'efficacité de la réaction, ce qui entraîne des pertes d'énergie. Par conséquent, il est important d'éliminer les bulles adhérant à la surface de l'électrode.

Pour résoudre ces problèmes, l'équipe de recherche a présenté une stratégie simple pour la réalisation d'électrodes superaérophobes via le dépôt d'hydrogels sur une surface d'électrode souhaitée. L'hydrogel est une classe polyvalente de polymères réticulés qui a la capacité d'absorber et de retenir une grande quantité d'eau et de solutions aqueuses. Outre, le dépôt d'hydrogels sous forme de revêtements sur des surfaces solides peut servir à éliminer efficacement les bulles de gaz.

Dans l'étude, l'équipe de recherche a mesuré la performance des électrodes dans les réactions de dégagement de gaz (par exemple, HER) basé sur le dépôt d'hydrogels superaérophobes sur une surface cible. En utilisant les hydrogels viraux M13 comme système modèle, ils ont découvert que la structure poreuse 3-D de l'hydrogel viral peut conférer une superaérophobie au substrat sous-jacent, éliminant ainsi facilement les bulles de gaz. En outre, Les performances de HER ont été considérablement améliorées grâce à la séparation des sites catalytiquement actifs et superaérophobes.

"Comme les polymères ne peuvent pas servir de catalyseurs qui accélèrent la réaction chimique et parce qu'ils ne conduisent pas l'électricité, on s'attendait à ce qu'ils réduisent l'efficacité de l'électrolyse de l'eau, " dit le professeur Ryu. " A cause de cela, il n'a jamais été utilisé pour les électrodes, mais nous avons pu résoudre les lacunes de la méthode d'électrolyse via le dépôt d'hydrogels sur une surface d'électrode souhaitée."

Leurs travaux ont attiré l'attention de nombreux chercheurs, en tant que nouvelle technologie pour conférer des propriétés anti-bulles (appelées superaérophobie) via le dépôt d'hydrogels superaérophobes sur une surface solide. Bien que les chercheurs aient tenté de conférer une superaérophobie aux électrodes en contrôlant les microstructures des surfaces solides, les approches conventionnelles ont des limites, car ils sont spécifiques au matériau, difficile à faire évoluer, éventuellement préjudiciable à l'activité catalytique et à la stabilité des électrodes, et incompatible avec les applications photoélectrochimiques. La nouvelle méthode peut être appliquée à tous les matériaux solides, et ont ainsi un large éventail d'applications, car il ne nécessite que le dépôt d'hydrogels sur une surface d'électrode souhaitée. En outre, leur approche pourrait également être appliquée avec succès aux photoélectrodes en raison de la transparence de l'hydrogel; par contre, approches conventionnelles, qui reposent sur la nano- et microfabrication d'électrodes, ont une transparence moindre.

"Il s'agit de la première étude à réaliser des propriétés anti-bulles (appelées superaérophobie) à la surface de divers solides via le dépôt d'hydrogels sur une surface d'électrode souhaitée, ", déclare le professeur Lee. "Cette étude peut fournir un aperçu d'une méthode simple pour la conception et la fabrication de dispositifs efficaces de conversion de l'énergie et du soleil en gaz."