L’énergie hydrogène est considérée comme une solution prometteuse avec une densité énergétique élevée et des émissions nulles de pollution. Actuellement, l'hydrogène provient principalement de combustibles fossiles, ce qui augmente la consommation d'énergie et les émissions de gaz à effet de serre, entravant ainsi les efforts visant à atteindre les objectifs de neutralité carbone.
La division électrochimique de l’eau utilisant des énergies renouvelables est une méthode écologiquement durable de production d’hydrogène. Pour améliorer l'efficacité de la production d'hydrogène et réduire la consommation d'énergie, il est nécessaire de trouver des catalyseurs efficaces pour la réaction de dégagement d'hydrogène (HER).
Les métaux du groupe du platine (Pt) sont couramment utilisés comme catalyseurs HER en raison de leur excellente activité naturelle. Cependant, la rareté et le coût élevé de ces ressources limitent leur application à grande échelle. Il est crucial d’augmenter l’utilisation des atomes métalliques pour développer des catalyseurs au platine à faible charge. Récemment, les catalyseurs supportés ont été considérés comme une approche efficace pour minimiser la quantité de métaux précieux chargés et maintenir leur excellente activité.
Les matériaux MXène, avec leur nanostructure en couches, leur conductivité élevée, leur bonne hydrophilie et leurs riches propriétés chimiques de surface, ont trouvé de nombreuses applications en catalyse.
Un groupe de recherche comprenant Kai-Ling Zhou, Yang Yang, Yuhong Jin et Hao Wang de l'Université de technologie de Pékin et de l'Institut des sciences et de l'ingénierie des fonds marins de l'Académie chinoise des sciences, a fabriqué de petits catalyseurs bimétalliques PtCo hautement dispersés sur MXene (PtCo/MXene) en utilisant une approche de réduction étape par étape. Ils ont étudié l'activité électrocatalytique HER du PtCo/MXène en milieu acide.
La recherche est publiée dans la revue Frontiers in Energy .
L’équipe a découvert que l’introduction d’espèces Co modifiait la structure électronique du site actif et favorisait les performances catalytiques du métal précieux Pt dans HER. Le catalyseur PtCo/MXène présente une activité HER supérieure avec un faible surpotentiel de 60 et 152 mV à des densités de courant de -10 et -100 mA/cm 2 , respectivement, et une excellente durabilité de travail dans le 0,5 mol/L H2 SO4 moyen.
Le catalyseur PtCo/MXène possède une surface spécifique considérable et une impédance de transfert de charge minimale. Le calcul DFT montre que le bilame PtCo peut favoriser la désorption de H* et favoriser le processus HER en milieu acide.
Ce travail fournit une perspective précieuse pour introduire des métaux précieux à faible charge sur MXene et garantir son activité et sa stabilité.
Plus d'informations : Guangxun Chen et al, catalyseur bimétallique PtCo pris en charge par MXene pour l'évolution de l'hydrogène dans des conditions acides, Frontiers in Energy (2024). DOI :10.1007/s11708-024-0925-9
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