Des chercheurs du Centre bavarois de technologie des batteries et du réseau de recherche "SolTech" de l'Université de Bayreuth ont présenté une nouvelle méthode de production d'électrocatalyseurs :une synthèse rapide et à basse température de matériaux céramiques spéciaux (oxydes à haute entropie).

Les résultats de la chaire de chimie physique III et de l'Institut Max Planck de recherche sur le fer à Düsseldorf pourraient rendre l'électrolyse de l'eau et la production d'hydrogène associée plus économes en énergie à l'avenir. Les résultats ont été publiés dans la revue Advanced Functional Materials .

Actuellement, on utilise principalement des électrocatalyseurs à base d'oxyde d'iridium ou de ruthénium, ce qui augmente considérablement les coûts des matériaux et rend également difficile une expansion à grande échelle en termes de disponibilité des matériaux. Les oxydes de métaux de transition à haute entropie deviennent de plus en plus intéressants pour ces procédés. Cependant, ceux-ci sont généralement obtenus à des températures élevées et avec des temps de synthèse longs.

"Dans ce travail, nous présentons pour la première fois une synthèse à basse température d'oxydes à haute entropie, plus précisément de spinelles à haute teneur en fer", rapporte le professeur Roland Marschall, titulaire de la chaire de chimie physique III à la Université de Bayreuth. Le nouveau type de synthèse au micro-ondes permet de réduire le temps de synthèse à quelques minutes (généralement 5 à 30 minutes dans ce cas) et la température à 225°C.

D’une part, la synthèse est donc beaucoup moins gourmande en énergie, et d’autre part, cela permet la production de nanoparticules. Ceci est particulièrement intéressant en catalyse, car les nanoparticules ont un rapport surface/volume particulièrement élevé et les réactions catalytiques nécessaires à l'électrolyse ont lieu en surface.

"Dans notre travail, nous avons pu montrer pour la première fois qu'une grande variété de compositions différentes comprenant jusqu'à sept métaux différents en plus du fer peuvent être obtenues avec cette simple synthèse à basse température", explique le professeur Marschall. Le remplacement partiel du fer par le cobalt, connu pour sa forte activité, a permis une augmentation supplémentaire de l'activité catalytique.

"Enfin, l'activité des catalyseurs dépend dans une large mesure de la composition, mais celle-ci n'est pas librement variable dans toutes les méthodes de synthèse précédentes. Notre méthode, en revanche, est très flexible, ce qui permet l'incorporation d'un grand nombre de éléments dans différents états d'oxydation et permet également d'ajuster la composition et donc l'activité des catalyseurs", explique le professeur Marschall.

Plus d'informations : Judith Zander et al, Nanoparticules de ferrite de spinelle à entropie moyenne et élevée via la synthèse à basse température pour la réaction d'évolution de l'oxygène, Matériaux fonctionnels avancés (2023). DOI : 10.1002/adfm.202310179

Informations sur le journal : Matériaux fonctionnels avancés

Fourni par l'Université de Bayreuth