Pour résoudre la crise énergétique et les enjeux environnementaux, la recherche pour s'éloigner des combustibles fossiles et se convertir à l'énergie hydrogène écologique et durable est bien en cours dans le monde. Récemment, une équipe de chercheurs de POSTECH a proposé un moyen de produire efficacement de l'hydrogène par électrolyse de l'eau en utilisant du nickel peu coûteux et facilement disponible comme électrocatalyseur, donner le feu vert à l'ère de l'économie de l'hydrogène.

Une équipe de recherche POSTECH dirigée par le professeur Jong Kyu Kim et Ph.D. le candidat Jaerim Kim du Département de science et génie des matériaux et une équipe dirigée par le professeur Jeong Woo Han et Ph.D. Le candidat Hyeonjung Jung du Département de génie chimique a développé conjointement un système catalytique à base de nickel hautement efficace dopé avec des atomes de métaux de transition oxophiles et a identifié la corrélation entre les propriétés d'adsorption catalytique et la cinétique de la réaction de dégagement d'hydrogène (HER) en milieu alcalin. Reconnus pour leur importance, ces résultats de recherche ont été présentés comme le papier de couverture pour le Journal de l'American Chemical Society .

La pile à combustible est un dispositif de production d'électricité respectueux de l'environnement qui produit de l'électricité à l'aide d'une réaction chimique dans laquelle l'oxygène (O 2 ) et l'hydrogène (H 2 ) produire de l'eau (H 2 O). Au cours de ce processus, la réduction par électrolyse de l'eau se produit en tant que contre-réaction, qui dissocie l'eau pour générer de l'hydrogène combustible. Ceci est connu pour être le moyen le plus écologique et le plus durable de produire de l'hydrogène de haute pureté en grandes quantités. Cependant, il a l'inconvénient d'être coûteux et inefficace car il nécessite l'utilisation de métaux précieux comme électrodes. Afin de réduire le coût unitaire de l'hydrogène combustible produit par électrolyse de l'eau, il est primordial de développer une activité très active, stable, et catalyseur électrochimique peu coûteux, capable de maximiser les performances de production d'hydrogène.

Pour ça, l'équipe de recherche conjointe a conçu un catalyseur très efficace en combinant du nickel abondant dans la terre avec une série d'éléments de métaux de transition oxophiles pour optimiser les capacités d'adsorption dans les HER alcalins. L'équipe a en outre démontré que l'incorporation de dopants oxophiles peut contrôler efficacement les propriétés d'adsorption de la surface des catalyseurs à base de Ni.

Afin d'améliorer encore l'activité HER des catalyseurs à base de Ni, les chercheurs ont présenté un réseau unique de nanohélices (NH) à 3 dimensions (3D), facilement fabriqué par une méthode de codéposition à angle oblique, pour les sites tensioactifs abondants, voies efficaces pour le transfert de charge, et des canaux ouverts pour le transport de masse. Ils avaient fabriqué avec succès un catalyseur Ni NHs hautement actif et stable à base de Cr présentant une excellente efficacité de production d'hydrogène avec une surtension réduite plus de quatre fois par rapport aux catalyseurs conventionnels à couche mince à base de nickel.

"Cette recherche est importante en ce qu'elle fournit la base scientifique pour la haute performance et la commercialisation d'un système durable de conversion d'énergie de l'hydrogène, " a expliqué le professeur Jong Kyu Kim, l'auteur correspondant de l'article. « Les concepts de base de la stratégie de conception et de la méthodologie expérimentale pour des électrocatalyseurs bimétalliques efficaces peuvent être appliqués non seulement aux électrolyseurs à eau, mais aussi aux piles à combustible, réduction du dioxyde de carbone, et système photo-électrochimique. Il est prévu que la sécurisation de cette technologie originale aura des effets d'entraînement importants et une expansion technologique dans le secteur de l'énergie environnementale. »

Professeur Jeong Woo Han, le co-auteur de l'article, ajoutée, "La chimie informatique a considérablement accéléré la réaction d'électrolyse de l'eau en trouvant rapidement des bimétaux capables de contrôler la force d'adsorption du catalyseur pour permettre la fabrication d'électrocatalyseurs bimétalliques en utilisant uniquement des matériaux non précieux."