L'hydrogène a attiré l'attention ces dernières années en tant que source potentielle d'énergie propre, car il brûle sans produire d'émissions nocives pour le climat. Cependant, les méthodes traditionnelles de production d'hydrogène ont une empreinte carbone importante, et les méthodes plus propres sont coûteuses et techniquement complexes.

Aujourd'hui, les chercheurs rapportent une avancée significative, un catalyseur à deux électrodes qui repose sur un composé pour produire efficacement de l'hydrogène et de l'oxygène à partir d'eau de mer et d'eau douce. Les tentatives précédentes de tels catalyseurs bifonctionnels pour séparer l'eau en hydrogène et oxygène ont généralement abouti à de mauvaises performances dans l'une des deux fonctions. L'utilisation de deux catalyseurs distincts fonctionne mais augmente le coût de fabrication des catalyseurs.

Dans les travaux décrits dans Sciences de l'énergie et de l'environnement , des chercheurs de l'Université de Houston, de l'Université chinoise de Hong Kong et de l'Université normale de Chine centrale rapportent l'utilisation d'un composé nickel/molybdène/azote, modifié avec une petite quantité de fer et cultivé sur de la mousse de nickel pour produire efficacement de l'hydrogène, puis, grâce à un processus de reconstruction électrochimique déclenché par un cycle de tension, converti en un composé qui produit une réaction de dégagement d'oxygène tout aussi puissante.

Les chercheurs ont déclaré que l'utilisation d'un seul composé à la fois pour la réaction de dégagement d'hydrogène (HER) et la réaction de dégagement d'oxygène (OER) - bien que légèrement modifiée au cours du processus de reconstruction - rend non seulement la séparation de l'eau plus abordable, mais simplifie également les défis d'ingénierie. P>

La plupart des matériaux sont mieux adaptés pour HER ou OER, mais les deux réactions sont nécessaires pour compléter la réaction chimique et produire de l'hydrogène à partir de l'eau. Zhifeng Ren, directeur du Texas Center for Superconductivity à UH et auteur correspondant de l'article, a déclaré que le nouveau catalyseur permet non seulement des opérations efficaces avec un seul catalyseur, mais fonctionne également aussi bien en eau de mer qu'en eau douce. "Comparé aux catalyseurs existants, c'est à égalité avec le meilleur jamais rapporté", a-t-il déclaré.

Utilisant de l'eau de mer alcaline et fonctionnant dans des conditions quasi-industrielles, le catalyseur a délivré une densité de courant de 1 000 milliampères/centimètre carré en utilisant seulement 1,56 volt dans l'eau de mer, restant stable pendant 80 heures de test.

Les bonnes performances du catalyseur en eau de mer pourraient résoudre un problème :la plupart des catalyseurs disponibles fonctionnent mieux en eau douce. La séparation de l'eau de mer est plus compliquée, en partie à cause de la corrosion associée au sel et aux autres minéraux. Ren, qui est également professeur titulaire de la chaire M.D. Anderson de physique à l'UH, a déclaré que le nouveau catalyseur génère également de l'oxygène pur, évitant le sous-produit potentiel du chlore gazeux corrosif produit par certains catalyseurs.

Mais les approvisionnements en eau douce sont de plus en plus limités par la sécheresse et la croissance démographique. L'eau de mer, en revanche, est abondante. "Normalement, même si un catalyseur fonctionne pour l'eau salée, il nécessite une consommation d'énergie plus élevée", a déclaré Ren. "Dans ce cas, exiger presque la même consommation d'énergie que l'eau douce est une très bonne nouvelle."

Shuo Chen, professeur agrégé de physique à l'UH et co-auteur correspondant de l'article, a déclaré que la forte densité de courant signalée par le catalyseur à une tension relativement basse réduit le coût énergétique de la production d'hydrogène. Mais ce n'est qu'une des façons dont le catalyseur aborde l'abordabilité, a déclaré Chen, qui est également chercheur principal au TcSUH.

En utilisant un matériau - le composé nickel / molybdène / azote modifié par le fer - pour le HER, puis en utilisant une tension de cyclage pour déclencher une reconstruction électrochimique afin de produire un matériau légèrement différent, un oxyde de fer / molybdène / oxyde de nickel, pour l'OER, les chercheurs éliminent le besoin d'un deuxième catalyseur tout en simplifiant les exigences d'ingénierie, a déclaré Chen.

"Si vous fabriquez un appareil avec deux matériaux différents sur deux électrodes, vous devez comprendre comment la charge électrique peut circuler à travers chaque électrode et concevoir la structure pour s'y adapter", a-t-elle déclaré. "Dans ce cas, le matériau n'est pas exactement le même, car une (électrode) subit une reconstruction électrochimique, mais c'est un matériau très similaire, donc l'ingénierie est plus facile."

En plus de Ren et Chen, les chercheurs sur le papier incluent Minghui Ning, Fanghao Zhang, Libo Wu, Xinxin Xing, Dezhi Wang, Shaowei Song et Jiming Bao, tous avec UH; Qiancheng Zhou de l'Université normale de Chine centrale; et Luo Yu de l'Université chinoise de Hong Kong. + Explorer plus loin

Un nouveau catalyseur produit efficacement de l'hydrogène à partir de l'eau de mer