L'urgence climatique mondiale actuelle et la diminution rapide de nos ressources énergétiques poussent les gens à rechercher des alternatives plus propres comme l'hydrogène. Lorsqu'il est brûlé en présence d'oxygène, Le gaz hydrogène génère d'énormes quantités d'énergie mais aucun des gaz à effet de serre nocifs, contrairement aux combustibles fossiles. Malheureusement, la plupart de l'hydrogène combustible produit aujourd'hui provient du gaz naturel ou de combustibles fossiles, ce qui, à terme, augmente son empreinte carbone.

Ammoniac (NH 3 ), un composé hydrogène neutre en carbone, a récemment attiré beaucoup d'attention, en raison de sa haute densité énergétique et de sa grande capacité de stockage d'hydrogène. Il peut être décomposé pour libérer des gaz d'azote et d'hydrogène. L'ammoniac peut être facilement liquéfié, stocké, transporté, et converti en carburant hydrogène si nécessaire. Cependant, la production d'hydrogène à partir d'ammoniac est une réaction lente avec des besoins énergétiques très élevés. Pour accélérer la production, les catalyseurs métalliques sont souvent utilisés, qui contribuent également à réduire la consommation globale d'énergie lors de la production d'hydrogène.

Des études récentes ont montré que le nickel (Ni) est un catalyseur prometteur pour le fractionnement de l'ammoniac. L'ammoniac s'adsorbe à la surface des catalyseurs Ni, après quoi les liaisons entre l'azote et l'hydrogène dans l'ammoniac sont rompues et elles sont libérées sous forme de gaz individuels. Cependant, l'obtention d'une bonne conversion de l'ammoniac à l'aide d'un catalyseur Ni implique souvent des températures opératoires très élevées.

Dans une étude récente publiée dans Catalyse ACS , une équipe de chercheurs de Tokyo Tech, dirigé par le professeur agrégé Masaaki Kitano, ont décrit une solution pour surmonter les problèmes rencontrés par les catalyseurs à base de Ni. Ils ont développé un catalyseur Ni supporté par l'imide de calcium (CaNH) de pointe qui peut obtenir une bonne conversion de l'ammoniac à des températures de fonctionnement plus basses. Le Dr Kitano explique, "Notre objectif était de développer un catalyseur hautement actif qui serait économe en énergie. Notre ajout de l'imide métallique au système catalytique a non seulement amélioré son activité catalytique, mais nous a également aidés à démêler le mécanisme de fonctionnement insaisissable de tels systèmes."

L'équipe a découvert que la présence de CaNH entraînait la formation de NH ^2- postes vacants (V NH ) à la surface du catalyseur. Ces espèces actives ont permis d'améliorer les performances catalytiques du Ni/CaNH à des températures de réaction inférieures de 100°C à celles nécessaires au fonctionnement des catalyseurs à base de Ni. Les chercheurs ont également développé des modèles informatiques et effectué un marquage isotopique pour comprendre ce qui se passait à la surface du catalyseur. Les calculs ont proposé un mécanisme de Mars-van Krevelen qui impliquait l'adsorption d'ammoniac sur la surface de CaNH, son activation au NH ^2- sites vacants, formation d'azote et d'hydrogène gazeux, et enfin la régénération des sites vacants favorisés par les nanoparticules de Ni.

Le catalyseur Ni/CaNH hautement actif et durable peut être déployé avec succès pour la génération d'hydrogène gazeux à partir d'ammoniac. Aussi, l'aperçu du mécanisme de catalyse fourni par cette étude peut être utilisé pour développer une nouvelle génération de catalyseurs. « Alors que le monde entier travaille ensemble pour construire un avenir durable, nos recherches visent à résoudre les problèmes rencontrés sur la voie d'une économie d'hydrogène plus propre, " conclut le Dr Kitano.

C'est une lueur d'espoir pour la mission mondiale à faibles émissions de carbone.