L’hydrogène a été considéré comme un vecteur énergétique potentiel à la place des combustibles fossiles, répondant à la demande énergétique et aux problèmes environnementaux. L’électrolyse de l’eau par membrane échangeuse de protons (PEMWE), avec sa densité énergétique élevée, sa pureté élevée de l’hydrogène et sa réponse rapide du système, est considérée comme une approche idéale et durable pour produire de l’hydrogène vert. Cela pourrait donc constituer une solution efficace pour atténuer l’intermittence et la volatilité des énergies renouvelables et bénéficier de leur application à grande échelle.
Cependant, la réaction de dégagement d'oxygène anodique (REL) dans le PEMWE implique un processus lent de transfert de quatre électrons/protons, entraînant une cinétique de réaction lente. De plus, l’environnement fortement oxydant et acide localisé corrode le catalyseur, conduisant à une mauvaise durabilité. Par conséquent, il existe un besoin urgent de développer des catalyseurs REL efficaces et stables pour stimuler les REL vers une production d'hydrogène à haut rendement et économique via la division de l'eau.
Récemment, le professeur Xinbo Zhang de l'Institut de chimie appliquée de Changchun, de l'Académie chinoise des sciences, et ses collaborateurs ont développé une série d'électrocatalyseurs à l'iridium amorphe dopés aux métaux de haute valence par frittage en une étape pour promouvoir les REL dans des milieux acides. Bénéficiant de la modulation des effets géométriques et électroniques grâce à l'introduction du dopage Ta et de l'ingénierie des défauts, l'amélioration de l'activité et de la stabilité par rapport à l'IrO2 commercial et IrOx a été réalisé.
Les résultats ont été publiés dans le Chinese Journal of Catalysis. .
Le dopage des métaux de haute valence a été obtenu grâce à un processus de frittage simple en une seule étape, dans lequel la construction de défauts était contrôlée en ajustant la température de réaction. L'introduction de dopants et de défauts est avantageuse pour faciliter le transfert de charge, augmenter les sites de réaction et améliorer la réactivité intrinsèque des REL sur IrOx . Simultanément, l'interaction robuste de la coordination métal (Ta)-oxygène améliore encore la stabilité d'IrOx pendant la réaction.
L'électrocatalyseur optimal (350-Ta@IrOx ) présente une activité de masse 147,7 fois plus élevée (1207,4 A gIr –1 ) que celui de l'IrO2 commercial à 1,55 V par rapport à RHE. En combinaison avec les calculs théoriques, il a été révélé que le dopage au Ta et l'ingénierie des défauts sont propices à l'attaque nucléophile des molécules d'eau de l'étape de détermination du taux, améliorant ainsi l'activité catalytique et réduisant le surpotentiel des REL sur IrOx .
De plus, il ne démontre aucune dégradation notable des performances lors du test de durabilité de 500 h, surpassant évidemment l'échantillon non dopé et l'IrO2 commercial. et revendiquant son potentiel pour des applications industrielles.
Plus d'informations : Ning Zhang et al, IrO amorphe dopé aux métaux de haute valence comme électrocatalyseur actif et stable pour la réaction acide de dégagement d'oxygène, Chinese Journal of Catalysis (2023). DOI :10.1016/S1872-2067(23)64517-6
Fourni par l'Académie chinoise des sciences
