Alors que la demande augmente pour une production d’énergie plus durable et plus efficace, les technologies de conversion électrochimique de l’énergie qui reposent sur l’électrocatalyse se révèlent comme des alternatives prometteuses. La recherche sur le meilleur type d'électrocatalyseurs est en cours.

Les électrocatalyseurs bidimensionnels en alliage de métaux nobles sont rentables et accessibles, mais présentent des inconvénients importants, notamment une faible interaction entre les atomes de l'alliage conduisant à une instabilité et une activité réduite.

Cependant, l’ajout de composés intermétalliques (IMC) à l’alliage améliore l’interaction entre les différents éléments et présente des avantages supplémentaires. Recherche publiée dans Energy Materials and Devices passe en revue les recherches actuelles sur le développement d'IMC 2D à base de métaux nobles et leurs avantages.

"Jusqu'à présent, il manque une revue complète de la synthèse des IMC 2D à base de métaux nobles et de leurs applications potentielles en électrocatalyse. Cette revue comble cette lacune en fournissant un aperçu complet des méthodes de synthèse des IMC 2D à base de métaux nobles, y compris le "Méthodes de modulation des ions assistées par CO et halogénures. L'étude aborde également les défis actuels dans la synthèse et l'application électrocatalytique des IMC 2D à base de métaux nobles", a déclaré Fukai Feng, professeur à l'Université des sciences et technologies de Pékin, en Chine. /P>

Dans cet article, les chercheurs examinent d’abord les différents processus de synthèse d’IMC 2D à base de métaux nobles, qui incluent les méthodes de modulation des ions assistée par CO et halogénure. Ils résument ensuite leurs applications en électrocatalyse.

Certaines propriétés bénéfiques des électrocatalyseurs peuvent être obtenues au cours du processus de synthèse, notamment la réduction de la symétrie. Ceci est souhaitable car la réduction de la symétrie d'un catalyseur améliore l'activité électrocatalytique.

Les méthodes de synthèse analysées dans cet article comprennent la méthode assistée par CO et une méthode de modulation des ions halogénures. Les deux méthodes ont leurs avantages, selon le type d'IMC 2D à base de métaux nobles souhaité.

Après avoir analysé les méthodes de synthèse, les chercheurs ont examiné les différentes applications réelles des IMC 2D à base de métaux nobles en électrocatalyse.

"Les propriétés uniques des IMC 2D à base de métaux nobles, notamment l'anisotropie (non-uniformité), les nombreux sites actifs, la coordination insaturée des atomes à la surface et l'efficacité du transfert d'électrons, contribuent à leurs excellentes propriétés catalytiques", a déclaré Feng. P>

Un exemple d’application réelle d’un IMC 2D à base de métaux nobles est celui d’une pile à combustible à éthanol direct. Cette source d’énergie propre est intéressante car elle est renouvelable, facile à stocker et à transporter et possède une densité énergétique élevée. Les catalyseurs utilisés dans les piles à combustible à éthanol direct ont tendance à absorber davantage de sous-produits intermédiaires toxiques. Cependant, les IMC 2D à base de métaux nobles inhibent cette absorption.

Les chercheurs ont noté qu'il y avait des domaines dans lesquels moins d'études avaient été réalisées, comme sur l'utilisation d'IMC 2D à base de métaux nobles pour le processus électrochimique qui se produit à la cathode lors de la division électrochimique de l'eau pour le dégagement d'hydrogène.

Pour l’avenir, les chercheurs espèrent que plusieurs défis des électrocatalyseurs IMC à base de métaux nobles 2D seront relevés, notamment la synthèse des IMC à base de métaux nobles 2D et les métaux utilisés pour ce processus. Il s'agit d'un processus difficile en raison de leur anisotropie inhérente et de leur énergie de surface élevée.

Un autre défi rencontré au cours du processus de synthèse concerne les sous-produits tensioactifs qui restent après la synthèse, qui réduisent l’efficacité des catalyseurs. Bien qu'une méthode appelée recuit thermique puisse supprimer le besoin de tensioactifs, ce processus comporte ses propres défis.

Les chercheurs aimeraient voir de nouvelles méthodes de synthèse des IMC 2D à base de métaux nobles avec recuit thermique. Enfin, les chercheurs aimeraient voir des structures 3D construites à partir d'IMC 2D à base de métaux nobles pour améliorer la stabilité à long terme des catalyseurs et explorer des applications plus larges de cette technologie.

Parmi les autres contributeurs figurent Sumei Han et Qipeng Lu de l'École de science et d'ingénierie des matériaux de l'Université des sciences et technologies de Pékin et Qinbai Yun du Département de génie chimique et biologique et de l'Institut de l'énergie de l'Université des sciences et technologies de Hong Kong.

Plus d'informations : Fukai Feng et al, Intermétalliques bidimensionnels à base de métaux nobles pour l'électrocatalyse, Matériaux et dispositifs énergétiques (2023). DOI :10.26599/EMD.2023.9370008

Fourni par Tsinghua University Press