Hydrogène vert (ou H2 ) produit à partir de ressources énergétiques renouvelables est le carburant d’un avenir décarboné. L'électrolyse, ou division de l'eau en oxygène et hydrogène à l'aide d'une cellule électrochimique, est l'un des moyens les plus populaires de produire du H2 vert. .
C'est une réaction simple, qui garantit des produits de haute qualité et ne génère aucune émission de carbone. Malgré ses avantages, la séparation électrochimique de l’eau n’a pas encore pris de l’importance à l’échelle commerciale. Cela est dû à la faible conductivité électrique des catalyseurs (oxy)hydroxydes actifs générés in situ au cours des processus électrochimiques. Ceci, à son tour, conduit à une activité catalytique restreinte, entravant les réactions de dégagement d'hydrogène et d'oxygène dans la cellule.
Le problème des mauvaises propriétés électriques de l’(oxy)hydroxyde constitue un défi de longue date pour la réalisation d’une division efficace de l’eau. Aujourd'hui, une équipe de chercheurs dirigée par le professeur agrégé Junhyeok Seo du département de chimie de l'Institut des sciences et technologies de Gwangju a trouvé une solution à ce problème sous la forme de jonctions Schottky.
Dans une étude récente publiée dans Applied Catalysis B :Environmental , ils ont démontré une électrode avec une jonction Schottky formée à l'interface du nitrure de nickel-tungstène métallique (Ni-W5 N4 ) et un catalyseur semi-conducteur au nickel-hydroxyde de fer (oxy)hydroxyde de type N (NiFeOOH). Cette électrode a réussi à dépasser la limite de conductance de l'(oxy)hydroxyde et à améliorer la capacité de séparation de l'eau de l'installation.
Notamment, deux matériaux, un métal et un semi-conducteur, aux comportements électroniques très différents, ont été mis en contact pour faire une différence d'énergie à l'interface, formant ainsi une jonction. "Notre recherche a utilisé cette barrière énergétique potentielle présente dans la jonction Schottky pour accélérer le flux d'électrons dans l'électrode, conduisant à une augmentation significative de l'activité de réaction de dégagement d'oxygène, accélérant ainsi la division globale de l'eau", explique le Dr Seo, soulignant le mécanisme central derrière leur nouvelle Électrode conçue.
Lors de la division électrocatalytique de l'eau, l'équipe a observé que le Ni-W5 N4 L'alliage a catalysé la réaction de dégagement d'hydrogène, ce qui a donné 10 mA/cm 2 densité de courant à une petite surtension de 11 mV. De plus, la jonction Schottky rectificatrice formée à l'interface du Ni-W5 N4 |NiFeOOH a annulé la stratification non conductrice produite par les espèces (oxy)hydroxyde.
En polarisation directe, il présentait une densité de courant de 11 mA/cm 2 à 181 mV de surpotentiel. L'analyse électrochimique de l'électrode a révélé que l'activité catalytique améliorée pouvait effectivement être attribuée à la jonction Schottky.
Enfin, les chercheurs ont conçu un électrolyseur utilisant leur électrode à jonction Schottky pour l’électrolyse industrielle de l’eau de mer. Ils ont découvert que le nouveau dispositif pouvait fonctionner en continu pendant 10 jours, tout en présentant une activité catalytique et une durabilité exceptionnelles pendant l'électrolyse. Il a montré une densité de courant remarquable de 100 mA/cm 2 . à un surpotentiel de seulement 230 mV.
Dans l’ensemble, les chercheurs pensent que ces résultats peuvent contribuer à une stratégie durable de production d’hydrogène afin de remplacer à terme les méthodes conventionnelles qui reposent encore sur les combustibles fossiles. Comme le conclut le Dr Seo, "L'eau douce et l'eau de mer sont des sources abondantes et renouvelables de protons. Des systèmes efficaces de séparation de l'eau garantissent que nous pouvons établir une production durable d'hydrogène sans carbone, contribuant ainsi à gérer nos problèmes climatiques actuels."
Plus d'informations : Selvaraj Seenivasan et al, commutateur Schottky dérivé du W5N4 métallique | jonction du catalyseur :activation pour améliorer l'activité catalytique et la durabilité dans la réaction de division de l'eau, Catalyse appliquée B : environnementale (2023). DOI :10.1016/j.apcatb.2023.123233
Fourni par l'Institut des sciences et technologies de Gwangju
