Les chimistes ont développé une nouvelle méthode avec laquelle ils peuvent caractériser des catalyseurs individuels de nanoparticules sans métal noble. Les particules pourraient être une alternative bon marché aux catalyseurs de métaux précieux pour obtenir de l'hydrogène à partir de l'eau par électrolyse. « Afin de développer des nanoparticules efficaces, nous devons comprendre comment la structure et l'activité des particules individuelles ou des petits groupes de particules sont liées les unes aux autres, " explique le professeur Wolfgang Schuhmann du Centre d'électrochimie de la Ruhr-Universität Bochum. Il décrit une nouvelle méthode de mesure à cet effet avec les chercheurs Tsvetan Tarnev et le Dr Harshitha Barike Ayappa de Bochum et le professeur Corina Andronescu de l'Université de Duisburg-Essen et d'autres collègues de la revue Angewandte Chemie du 1er octobre 2019.

Jusque là, il existe peu de techniques disponibles pour mesurer l'activité catalytique de nanoparticules individuelles ou de quelques nanoparticules. « Les courants à mesurer sont extrêmement faibles, et il faut trouver des nanoparticules uniques ou peu nombreuses pour les mesurer de manière reproductible, " explique Schuhmann. L'équipe de recherche, qui coopère au sein de l'Alliance universitaire Ruhr, ont montré que de telles analyses sont également possibles avec un débit élevé, à savoir avec la microscopie à cellule électrochimique à balayage.

Développement d'un nouveau référentiel

Jusqu'à maintenant, la méthode n'avait pas été utilisée à cette fin car les nanoparticules devaient être testées dans des conditions chimiques exigeantes et, par conséquent, de grandes imprécisions de mesure se sont produites. Cela a rendu impossible une interprétation fiable des résultats. Dans leur travail actuel, les chercheurs ont développé un nouveau système de référence pour la microscopie à cellule électrochimique à balayage. En utilisant intelligemment un étalon interne stable, ils ont éliminé les inexactitudes de mesure et ont permis des mesures de longue durée dans les conditions données avec un débit élevé.

Analyse de nanoparticules auto-fabriquées

Les chercheurs ont produit des particules de carbone avec des inclusions d'azote et de cobalt sur du carbone vitreux, les particules étant présentes à la surface soit individuellement soit en groupes de quelques particules. En une seule expérience, ils ont pu utiliser la microscopie à cellule électrochimique à balayage pour déterminer l'activité électrochimique de toutes ces particules individuelles ou groupes de particules.

Les particules ont catalysé la réaction dite de dégagement d'oxygène. L'électrolyse de l'eau produit de l'hydrogène et de l'oxygène - l'étape limitante de ce processus est actuellement la réaction partielle au cours de laquelle l'oxygène se dégage; des catalyseurs plus efficaces pour cette réaction partielle faciliteraient la production d'hydrogène.