La production électrolytique d'hydrogène alimentée par des énergies renouvelables est considérée comme un moyen respectueux de l'environnement d'améliorer les problèmes climatiques et énergétiques mondiaux. Dans la revue Angewandte Chemie , une équipe de recherche a maintenant introduit un nouveau matériau peu coûteux pour les électrodes qui peut fournir un très efficace, production d'hydrogène économe en énergie :poreux, CoNi phosphoré 2 S 4 nanosphères à coquille jaune.

Les deux demi-réactions de l'électrolyse de l'eau - dégagement d'hydrogène et d'oxygène - sont malheureusement lentes et nécessitent beaucoup de puissance. Électrodes à effet catalytique, notamment ceux à base de métaux précieux, peuvent accélérer les processus électrochimiques et améliorer leur efficacité énergétique. Cependant, leur utilisation à grande échelle est entravée par des coûts élevés, abondance limitée, et une faible stabilité. Alternatives basées sur l'abondance, les métaux bon marché ne fonctionnent généralement pas de manière satisfaisante pour les deux demi-réactions.

Une équipe dirigée par Shuyan Gao (Henan Normal University, Chine) et Xiong Wen (David) Lou (Université technologique de Nanyang, Singapour) a maintenant développé un roman, peu coûteux, matériau d'électrode multifonctionnel à base de cobalt (Co) et de nickel (Ni) pour une production électrocatalytique efficace d'hydrogène. Pour fabriquer le matériel, des nanosphères de cobalt-nickel-glycérate sont soumises à une sulfuration hydrothermale combinée à une phosphorisation en phase gazeuse. Cela forme des objets appelés nanoparticules vitellines faites de cobalt-nickel-sulfure dopé au phosphore (P-CoNi 2 S 4 ). Ce sont de minuscules sphères avec un noyau compact et une coquille poreuse avec un espace entre les deux, un peu comme un œuf dont le jaune est entouré par le blanc d'œuf et ne touche donc pas la coquille.

Le dopage au phosphore augmente la proportion de Ni ³⁺ par rapport à Ni ²⁺ dans les particules creuses et permet un transfert de charge plus rapide, accélérer les réactions électrocatalytiques. Le matériau peut être utilisé comme anode ou cathode, et démontre une activité et une stabilité élevées dans la production d'hydrogène et d'oxygène dans l'électrolyse de l'eau.

Pour réduire la tension globale de la cellule d'électrolyse, des concepts d'électrolyse hybride sont également à l'étude. Par exemple, au lieu d'être couplé à la production d'oxygène, la production d'hydrogène pourrait être couplée à l'oxydation de l'urée, qui nécessite beaucoup moins d'énergie. Les sources d'urée pourraient inclure les flux de déchets provenant de synthèses industrielles ainsi que les eaux usées sanitaires. Les nouvelles nanoparticules sont également très utiles pour cette demi-réaction.

L'électrolyse de l'eau et de l'urée nécessite une tension de cellule relativement faible (1,544 V ou 1,402 V, respectivement, à 10 mA cm ^–2 plus de 100 heures). Cela rend les nouvelles particules bimétalliques de coquille de jaune supérieures à la plupart des électrocatalyseurs connus à base de nickel-sulfure et même de métaux précieux. Ils présentent une approche prometteuse pour la production électrochimique d'hydrogène, ainsi que pour le traitement des eaux usées contenant de l'urée.