Fig. 1 :Activité OER de Co2 FeO4 et CoFe2 O4 nanoparticules. a, b Courbes de voltamétrie à balayage linéaire (LSV) enregistrées à une vitesse de balayage de 10 mV/s dans 1,0 M KOH sur des électrodes en carbone vitreux déposées avec du Co2 FeO4 et CoFe2 O4 nanoparticules à l'état vierge et après 100, 500 et 1000 cycles de mesures de voltamétrie cyclique (CV), c, d CVs de Co2 FeO4 et CoFe2 O4 après un, 100, 500 et 1000 cycles enregistrés à une vitesse de balayage de 50 mV/s dans 1,0 M KOH dans des conditions OER, e, f Tafel pentes de Co2 FeO4 et CoFe2 O4 à l'état vierge et après 100, 500 et 1000 cycles, déduites des courbes LSV en a, b. Les données source sont fournies sous la forme d'un fichier de données source. Les barres d'erreur des pentes de Tafel en e, f ont été mesurées par ajustement de courbe linéaire. Crédit :DOI :10.1038/s41467-021-27788-2
Des chercheurs de la Ruhr-Universität Bochum, de l'Université de Duisburg-Essen et de l'Institut Max Planck pour la conversion de l'énergie chimique à Mülheim an der Ruhr ont coopéré au projet dans le cadre du Centre de recherche collaborative "Catalyse d'oxydation hétérogène en phase liquide".
Au RUB, une équipe dirigée par Weikai Xiang et le professeur Tong Li de la caractérisation à l'échelle atomique a travaillé avec la chaire d'électrochimie et des matériaux à l'échelle nanométrique et la chaire de chimie industrielle. Des instituts de Shanghai, en Chine, et de Didcot, au Royaume-Uni, ont également été impliqués. L'équipe présente ses découvertes dans la revue Nature Communications , mis en ligne le 10 janvier 2022.
Particules observées pendant le processus de catalyse
Les chercheurs ont étudié deux types différents de nanoparticules constituées d'oxyde de fer cobalt d'une dizaine de nanomètres. Ils ont analysé les particules lors de la catalyse de la réaction dite de dégagement d'oxygène. Il s'agit d'une demi-réaction qui se produit lors de la séparation de l'eau pour la production d'hydrogène :l'hydrogène peut être obtenu en séparant l'eau à l'aide d'énergie électrique; de l'hydrogène et de l'oxygène sont produits au cours du processus. Le goulot d'étranglement dans le développement de procédés de production plus efficaces est la réaction partielle dans laquelle l'oxygène se forme, c'est-à-dire la réaction de dégagement d'oxygène. Cette réaction modifie la surface du catalyseur qui devient inactive avec le temps. Les changements structurels et de composition à la surface jouent un rôle décisif dans l'activité et la stabilité des électrocatalyseurs.
Pour les petites nanoparticules d'une taille d'environ dix nanomètres, obtenir des informations détaillées sur ce qui se passe à la surface du catalyseur pendant la réaction reste un défi. À l'aide de la tomographie par sonde atomique, le groupe a réussi à visualiser la distribution des différents types d'atomes dans les catalyseurs à base d'oxyde de fer et de cobalt en trois dimensions. En la combinant avec d'autres méthodes, ils ont montré comment la structure et la composition de la surface changeaient au cours du processus de catalyse et comment ce changement affectait les performances catalytiques.
"La tomographie par sonde atomique a un énorme potentiel pour fournir des informations atomiques sur les changements de composition à la surface des nanoparticules de catalyseur lors d'importantes réactions catalytiques telles que la réaction de dégagement d'oxygène pour la production d'hydrogène ou de CO2 réduction », conclut Tong Li. + Explorez davantage
