2 est un carburant propre avec une densité énergétique incroyablement élevée, en générer efficacement de grandes quantités reste un défi technique difficile.
La division de l'eau-la rupture des molécules d'eau-est l'une des méthodes les plus explorées pour produire H 2 . Bien qu'il existe de nombreuses façons de s'y prendre, les techniques de fractionnement de l'eau les plus performantes font appel à des électrocatalyseurs fabriqués à partir de métaux coûteux, comme le platine, ruthénium, et l'iridium. Le problème réside dans le fait que les électrocatalyseurs connus fabriqués à partir de métaux abondants sont plutôt inefficaces à la réaction de dégagement d'oxygène (OER), l'aspect le plus difficile du processus de fractionnement de l'eau.
Dans une étude récente publiée dans ACS Matériaux énergétiques appliqués , une équipe de scientifiques de l'Institut de technologie de Tokyo, Japon, a trouvé un remarquable candidat électrocatalyseur pour la séparation de l'eau rentable :l'oxyde de fer et de calcium (CaFe 2 O 4 ). Alors que les oxydes de fer (Fe) sont médiocres à l'OER, des études précédentes avaient noté que le combiner avec d'autres métaux pouvait augmenter leurs performances à des niveaux réellement utiles. Cependant, en tant que professeur adjoint et auteur principal, le Dr Yuuki Sugawara commente, personne ne s'était concentré sur CaFe 2 O 4 comme électrocatalyseur potentiel des REL. "Nous voulions dévoiler le potentiel de CaFe 2 O 4 et élucider, par comparaison avec d'autres oxydes bimétalliques à base de fer, facteurs cruciaux qui favorisent son activité de REL, " il explique.
À cette fin, l'équipe a testé six types d'oxydes à base de fer, y compris CaFe 2 O 4 . Ils ont rapidement découvert que les performances REL de CaFe 2 O 4 était largement supérieure à celle des autres électrocatalyseurs bimétalliques et même supérieure à celle de l'oxyde d'iridium, une référence largement acceptée. En outre, ils ont testé la durabilité de ce matériau prometteur et ont constaté qu'il était remarquablement stable; aucun changement structurel ou compositionnel significatif n'a été observé après les cycles de mesure, et les performances du CaFe 2 O 4 l'électrode dans la cellule électrochimique est restée élevée.
Désireux de comprendre la raison des capacités exceptionnelles de cet électrocatalyseur inexploré, les scientifiques ont effectué des calculs en utilisant la théorie de la fonctionnelle de la densité et ont découvert un mécanisme catalytique non conventionnel. Il semble que CaFe 2 O 4 offre une voie énergétiquement favorable pour la formation de liaisons oxygène, ce qui est une étape limitante dans le REL. Bien que des calculs et des expériences plus théoriques soient nécessaires pour être sûr, les résultats indiquent que la distance étroite entre plusieurs sites de fer joue un rôle clé.
L'électrocatalyseur OER nouvellement découvert pourrait certainement changer la donne, comme le fait remarquer le Dr Sugawara, "Café 2 O 4 présente de nombreux avantages, de sa synthèse simple et économique à son respect de l'environnement. Nous prévoyons qu'il s'agira d'un électrocatalyseur OER prometteur pour la séparation de l'eau et qu'il ouvrira une nouvelle voie pour le développement de dispositifs de conversion d'énergie. le nouveau mécanisme de stimulation des REL trouvé dans CaFe 2 O 4 pourrait conduire à l'ingénierie d'autres catalyseurs utiles.
