Des chercheurs de l'Institute of Process Engineering (IPE) de l'Académie chinoise des sciences et de l'Université normale de Nanjing ont récemment rapporté une stratégie pour augmenter les performances électrocatalytiques du palladium (Pd) dans la réaction d'oxydation de l'éthanol, la réaction anodique clé des piles à combustible à éthanol direct (DEFC), offrant un concept rationnel pour l'ingénierie fine de la surface des électrocatalyseurs utilisés dans les dispositifs de conversion d'énergie à haut rendement et au-delà.

L'étude a été publiée dans Rapports cellulaires Sciences physiques le 1er mars.

Les DEFC avec de l'éthanol comme carburant ont l'avantage d'une densité énergétique élevée, faible toxicité et opération facile. Cependant, le manque d'électrocatalyseurs actifs et robustes pour l'oxydation anodique de l'éthanol entrave le rythme de la commercialisation.

Typiquement, Les nanoparticules Au@Pd avec une construction core-shell ont une activité et une stabilité plus élevées pendant l'électro-oxydation de l'éthanol que les particules de Pd seules. Malheureusement, l'espacement plus grand du réseau de Au crée une contrainte de traction dans les coques minces de Pd, ce qui compromet leurs performances catalytiques en renforçant l'absorption d'intermédiaires de réaction toxiques sur leurs surfaces.

"Une conception rationnelle qui tire pleinement parti des architectures cœur-coquille et inhibe simultanément l'effet de traction du réseau dans les coquilles Pd induit par les cœurs Au serait certainement favorable pour améliorer encore leurs performances dans l'électro-oxydation des molécules d'éthanol, " a déclaré le professeur Yang Jun de l'IPE, l'auteur correspondant de l'étude.

Les chercheurs ont démontré ce concept en couplant les effets d'alliage avec la construction noyau-coque pour optimiser les surfaces des coques en Pd afin d'obtenir une électro-oxydation à l'éthanol à haute efficacité.

Les scientifiques ont allié des atomes de Fe dans de fines couches de Pd pour compenser l'expansion de leur réseau. Les évaluations électrochimiques montrent que les nanoparticules cœur-enveloppe Au@FePd préparées de cette manière présentent l'activité massique et l'activité spécifique les plus élevées pour catalyser l'électro-oxydation de l'éthanol jamais observées en milieu alcalin.

"Prochain, nous allons optimiser un certain nombre de paramètres, par exemple., la taille du noyau, l'épaisseur de la coque en alliage, et la composition des métaux de transition dans les coques d'alliages, " a déclaré le professeur Yang. De cette façon, les chercheurs espèrent créer davantage d'électrocatalyseurs avec une efficacité plus élevée et un coût inférieur afin de propulser le développement de piles à combustible à alcool direct.