L'électrolyse de l'eau est une approche prometteuse pour générer de l'hydrogène en transformant l'énergie électrique alimentée par une énergie durable en énergie chimique stockée dans des liaisons hydrogène.
En raison de la température de fonctionnement plus basse, du rendement de tension plus élevé, des densités de courant plus élevées et d'une meilleure compatibilité par rapport aux électrolyseurs alcalins traditionnels, l'électrolyseur d'eau à membrane échangeuse de protons (PEMWE) est apparu comme une technologie prometteuse pour la production d'hydrogène vert.
Cependant, la réaction de dégagement d'oxygène anodique (OER) avec une cinétique de réaction lente nécessite généralement une consommation d'énergie excessive, ce qui limite considérablement l'efficacité du PEMWE. Actuellement, l'oxyde d'iridium (IrO2 ), qui peut souffrir de conditions hautement oxydantes et corrosives, a été considéré comme le catalyseur anodique de pointe pour PEMWE. Cependant, le coût élevé associé à une faible activité de masse entrave strictement l'utilisation à grande échelle.
Par conséquent, la conception et l'exploration de catalyseurs rentables offrant des performances électrocatalytiques élevées et une stabilité vis-à-vis des REL acides sont d'une grande urgence mais restent toujours un défi.
Récemment, l'oxyde de ruthénium (RuO2 ) est considéré comme une alternative prometteuse à IrO2 pour les REL acides en raison de leur activité intrinsèque élevée et de leur faible prix.
On sait que l'augmentation de l'état d'oxydation initial du Ru dans RuO2 Promouvoir une oxydation active centrée sur Ru est une stratégie efficace pour améliorer les performances électrocatalytiques. À cette fin, de gros efforts ont été consacrés au dopage d'éléments étrangers pour ajuster l'état de cantonnière de Ru dans RuO2 à base de catalyseurs, conduisant à une activité considérablement améliorée.
Cependant, la suroxydation facile des sites Ru pour former du RuO4 soluble 2- les espèces à haut potentiel au cours du processus de REL entraînent généralement l'effondrement de la structure cristalline et la dissolution des espèces de Ru, ce qui est la raison même de la stabilité à long terme insatisfaite de RuO2 pour les REL acides.
Ainsi, développer une stratégie efficace pour équilibrer la relation de bascule entre la stabilité et l'activité de RuO2 Les catalyseurs à base de catalyseurs sont essentiels pour l'application pratique du PEMWE, mais représentent un défi.
Récemment, une équipe de recherche dirigée par le professeur Wei Luo de l'Université de Wuhan, en Chine, a développé un RuO2 modifié. catalyseur dopé au bismuth (Bi) (Bi0,15 Ru0,85 O2 ) pour stimuler simultanément l’activité et la stabilité vers les REL acides. Spectroscopie photoélectronique à rayons X (XPS) et Ru L2,3 Les spectres de structure proche du bord d'absorption des rayons X (XANES) démontrent l'augmentation de l'état d'oxydation initial du Ru dans Bi0,15 Ru0,85 O2 après Bi dopage.
Les expériences électrochimiques, les caractérisations des spectres de spectroscopie de photoémission ultraviolette (UPS) et de spectroscopie ultraviolette-visible (UV) indiquées révèlent un transfert d'électrons beaucoup plus rapide et une meilleure électroconductibilité dans Bi0,15 Ru0,85 O2 .
Les tests d'énergie d'activation apparente et les résultats des calculs de la théorie fonctionnelle de la densité (DFT) suggèrent que l'introduction de Bi peut réduire efficacement à la fois l'énergie d'activation apparente et la barrière énergétique de l'étape déterminant le taux de O* à OOH*, conduisant ainsi à une activité considérablement améliorée, avec une faible surtension de 200,0 mV à 10 mA cm -2 , ainsi qu'une stabilité à long terme sur 100 heures.
Les résultats sont publiés dans le Chinese Journal of Catalysis. .
Plus d'informations : Liqing Wu et al, A RuO bi-dopé2 catalyseur pour une oxydation efficace et durable de l'eau acide, Chinese Journal of Catalysis (2023). DOI :10.1016/S1872-2067(23)64554-1
Fourni par l'Académie chinoise des sciences
