L'eau de mer pourrait être la source d'alimentation parfaite pour un carburant durable :elle est renouvelable, abondante, économique et contient exactement les bons ingrédients pour produire de l'hydrogène de haute qualité. L'inconvénient est qu'il contient des ingrédients moins souhaitables, tels que le chlore, qui entravent la technologie de conversion. Une équipe de recherche internationale a peut-être développé une plate-forme de traitement alternative qui récolte tous les avantages sans les problèmes causés par le chlore des tentatives précédentes.

Ils ont publié leurs résultats le 6 septembre 2022 dans Nano Research Energy .

"L'électrolyse de l'eau de mer est une approche extrêmement intéressante pour récolter de l'énergie hydrogène propre, mais les espèces de chlore nuisibles, telles que le chlorure ou l'hypochlorite, provoquent une corrosion sévère à l'anode", a déclaré l'auteur correspondant Xuping Sun, professeur à l'Université des sciences et technologies électroniques de Chine. et à l'Université normale du Shandong.

L'électrolyse consiste à appliquer une charge électrique à l'eau et à diviser ses constituants, produisant de l'hydrogène et de l'oxygène. L'hydrogène peut être utilisé comme carburant propre qui n'émet que de l'eau lorsqu'il brûle, au lieu du dioxyde de carbone nocif libéré par les combustibles fossiles. La cathode, ou électrode négative, attire les OH ^- et les aide à se réduire en molécules cibles de deux atomes d'hydrogène.

Simultanément, l'anode, ou électrode positive, attire les molécules chargées négativement et leur donne des électrons, les faisant s'oxyder. Dans l'électrolyse de l'eau de mer, cependant, l'anode attire également les éléments chlorés chargés négativement, qui entrent en compétition avec les OH ^- et peut corroder l'électrode au-delà de son utilisation.

Les électrodes utilisées dans l'électrolyse peuvent être constituées d'une variété d'oxydes de métaux nobles, d'oxydes sans métaux nobles et d'oxydes multimétalliques, selon Sun, mais presque toutes entraînent les mêmes problèmes de concurrence et de corrosion avec le chlorure.

"Parmi les options matérielles, les hydroxydes doubles en couches sont reconnus comme une alternative prometteuse pour les réactions souhaitées en raison de leur composition ajustable, de leurs coûts réduits et de leurs bonnes activités catalytiques", a déclaré Sun.

Les matériaux d'hydroxydes doubles en couches sont des cristaux lamellaires de type brucite composés de couches hôtes positives et d'intercouches d'équilibrage de charge. Ces deux couches prennent en sandwich l'eau et les particules négativement attirées, comme le chlorure.

"Des recherches antérieures dans notre groupe et d'autres ont démontré que les doubles hydrures en couches de nickel-fer offrent une activité catalytique prometteuse et des réactions d'oxydation sélective, mais la durée de vie du matériau doit être améliorée", a déclaré Sun. "Cela pourrait être fait en inhibant les réactions secondaires, telles que la corrosion des chlorures, et en améliorant l'échange de OH ^- , mais une stabilité à long terme d'au moins 100 heures pour une grande densité de courant a rarement été atteinte sur ce matériau."

Pour obtenir une électrode plus stable, les chercheurs ont mis au point un réseau à double hydrure en couches de nickel-fer sur un tissu de carbone, avec des particules de benzoate (mieux connu comme conservateur alimentaire lorsqu'il est utilisé avec du sodium) insérées dans les couches.

"Dans ce travail, nous rapportons que l'approche permet d'obtenir une électrolyse d'oxydation de l'eau de mer efficace et stable", a déclaré Sun. "Il est intéressant de noter que les ions benzoate chargés négativement agissent non seulement comme un inhibiteur de corrosion avec une résistance contre l'(électro)chimie néfaste du chlore, mais aussi comme un accepteur de protons pour atténuer la chute de pH de la solution locale autour de l'électrode à double hydrure en couches."

De plus, les ions benzoate élargissent également l'espacement intercouche du matériau, permettant aux électrolytes de pénétrer et de diffuser à travers celui-ci. La plate-forme peut effectuer une électrolyse satisfaisante sans interruption pendant 100 heures sans subir de changement structurel évident, selon Sun.

"Cette conception répond avec succès aux multiples besoins d'une anode vers une oxydation efficace et stable de l'eau de mer", a déclaré Sun. "Ce travail nous fournit non seulement un catalyseur robuste pour l'électrolyse d'oxydation de l'eau de mer hautement active, mais peut également ouvrir une voie passionnante à l'ingénierie de surface des matériaux catalyseurs anodiques avec une durabilité accrue." + Explorer plus loin

Produire de l'hydrogène à partir de l'eau de mer