Une équipe de quatre chercheurs de l'Université de Stanford et de l'institut néerlandais de recherche énergétique DIFFER ont déterminé pour la première fois le mécanisme par lequel des particules de palladium de taille nanométrique captent l'hydrogène. Parce que les propriétés des nanoparticules changent considérablement avec leur taille, choisir les bons types de nanoparticules permet d'affiner les propriétés des matériaux. La découverte a été publiée dans Matériaux naturels et peut conduire à une amélioration du stockage de l'hydrogène et des batteries lithium-ion.

Contourner la moyenne

Savoir quelle nanoparticule choisir pour une application s'avère être un défi. « Dans les expériences conventionnelles, les chercheurs produisent et mesurent toute une gamme de nanoparticules de tailles variables", explique l'auteur principal de l'article, Andrea Baldi (Université de Stanford et DIFFER). "Toutefois, la différence de comportement entre une particule de 8 et 12 nm est énorme. Ainsi, lorsque vous faites la moyenne sur tout un groupe d'entre eux, le résultat ne vous dit pas quel comportement appartient à quelle particule."

L'équipe de recherche, dirigé par Jennifer Dionne de l'Université de Stanford, a décidé d'éclaircir la relation entre la taille des nanoparticules et leurs propriétés. Avec l'aide d'Ai Leen Koh de l'installation de microscopie électronique à transmission environnementale de l'université, Dionne, Baldi et leur collègue chercheur Turan C. Narayan ont réussi à sélectionner des nanoparticules individuelles et à mesurer la quantité d'hydrogène qu'elles contiennent lorsqu'elles sont exposées à différentes pressions d'hydrogène gazeux.

Modèle coquille

Les résultats de l'équipe correspondent à un modèle dans lequel une enveloppe externe de la particule de palladium se charge d'abord d'hydrogène. L'absorption d'hydrogène fait gonfler le palladium d'environ 10 %, ainsi la coquille se dilate et ouvre le noyau de la particule pour aspirer plus facilement l'hydrogène. Plus la particule est petite, plus l'influence relative de l'enveloppe extérieure sur son volume est grande. « En dehors de nos mesures sur la consommation d'hydrogène, cela correspond également aux données sur les électrodes nanostructurées pour les batteries lithium-ion. dans lequel les particules plus petites ont tendance à se charger à des potentiels inférieurs.

Andrea Baldi : « La percée est que nous pouvons désormais mesurer et potentiellement prédire comment la taille d'une particule individuelle, la forme et la structure cristalline déterminent son mécanisme d'absorption et de libération d'hydrogène."

Zoomer plus loin

« Dans notre recherche de suivi, nous voulons passer à l'étape suivante et examiner la façon dont l'hydrogène est distribué au sein d'une nanoparticule individuelle", dit Baldi. "Cela devrait vraiment ouvrir une fenêtre sur le processus d'adoption."