Une équipe de recherche dirigée par l'Université de la ville de Hong Kong (CityU) a réalisé une avancée révolutionnaire dans le domaine des nanomatériaux en développant avec succès un électrocatalyseur hautement efficace qui peut améliorer considérablement la production d'hydrogène grâce à la division électrochimique de l'eau.
Cette percée présente un grand potentiel d'application pour l'industrie de l'énergie propre.
Le professeur Zhang Hua, professeur de la chaire Herman Hu de nanomatériaux à CityU, et son équipe ont développé un électrocatalyseur en utilisant des nanofeuilles de dichalcogénure de métal de transition (TMD) avec des phases cristallines non conventionnelles comme supports. L'électrocatalyseur présente une activité supérieure et une excellente stabilité dans la réaction électrocatalytique de dégagement d'hydrogène en milieu acide.
"Les résultats de nos recherches sont significatifs dans le sens où l'hydrogène généré par la division électrochimique de l'eau est considéré comme l'une des énergies propres les plus prometteuses pour remplacer les combustibles fossiles dans un avenir proche, réduisant ainsi la pollution de l'environnement et l'effet de serre", a déclaré le professeur Zhang. /P>
Cette découverte importante a été publiée dans la revue Nature avec le titre "Croissance dépendante de la phase de Pt sur MoS2 pour un H2 hautement efficace évolution."
Le professeur Zhang a déclaré que la clé de la recherche sur la division électrocatalytique de l'eau est de développer des catalyseurs hautement efficaces et stables. Il est d'une grande importance de choisir un support approprié pour améliorer l'activité et la stabilité des catalyseurs pendant le processus.
En tant que matériau bidimensionnel (2D) émergent, les nanofeuilles TMD suscitent un grand intérêt parmi les chercheurs en raison de leurs propriétés physiques et chimiques uniques.
Il a été constaté que la phase est un facteur extrêmement important qui détermine les propriétés et les fonctions des nanofeuilles TMD. Par exemple, le bisulfure de molybdène (MoS2 ) avec la phase 2H conventionnelle présente une propriété semi-conductrice, tandis que MoS2 avec une phase non conventionnelle 1T ou 1T' présente des propriétés métalliques ou semi-métalliques, possédant ainsi une bonne conductivité.
Cependant, la production de nanofeuilles TMD en phase non conventionnelle avec une pureté de phase élevée et une qualité élevée reste un défi. La recherche sur l'effet de la phase cristalline du TMD sur la croissance d'autres matériaux en est encore à ses débuts.
Ces dernières années, l'équipe de recherche du professeur Zhang a développé un certain nombre de nouvelles méthodes, telles que les réactions solide-gaz et la synthèse assistée par sel, et a préparé avec succès un certain nombre de matériaux cristallins TMD de haute pureté de phase et de haute qualité avec du 1T' non conventionnel. phase.
En raison de leurs propriétés semi-métalliques uniques, ces nanomatériaux ont un grand potentiel dans les applications dans les domaines des dispositifs optoélectroniques, de la catalyse, du stockage d'énergie et de la supraconductivité.
Dans cette recherche, l’équipe a développé avec succès une nouvelle méthode pour préparer des nanofeuilles TMD avec des phases non conventionnelles. Ils ont également étudié la croissance des métaux nobles, dépendante de la phase cristalline, sur des nanofeuilles 1T′-TMD et 2H-TMD.
Ils ont découvert qu’en utilisant le modèle 2H-TMD conventionnel comme modèle, il facilite la croissance épitaxiale des nanoparticules de platine (Pt), tandis que le modèle non conventionnel 1T′-TMD prend en charge les atomes de Pt dispersés sur un seul atome (s-Pt). Sur la base de ces découvertes, l'équipe a développé le disulfure de molybdène en phase 1T' (s-Pt/1T′-MoS2). ) catalyseur.
Pour surmonter la limitation du transport de masse des catalyseurs à base de platine dans les réactions électrocatalytiques de dégagement d'hydrogène en milieu acide, l'équipe a adopté une technologie avancée d'électrode flottante pour les tests.
Leurs résultats expérimentaux ont montré que le s-Pt/1T′-MoS2 le catalyseur présentait une activité massique élevée de 85 ± 23 A mgPt -1 à un surpotentiel de −50 mV et une densité de courant d'échange normalisée en masse (127 A mgPt -1 ). En outre, le catalyseur peut fonctionner de manière stable pendant 500 heures dans un électrolyseur d'eau à membrane échangeuse de protons, ce qui montre un potentiel d'application prometteur.
L'équipe a systématiquement étudié la croissance dépendante de la phase des métaux nobles sur des nanofeuilles 1T′-TMD et 2H-TMD, et a démontré que les nanofeuilles 1T′-TMD peuvent être des supports efficaces pour les catalyseurs.
"Le nouvel électrocatalyseur synthétisé présente une activité supérieure et une excellente stabilité dans la réaction électrocatalytique de dégagement d'hydrogène dans des milieux acides, et il jouera un rôle extrêmement important dans le développement d'énergie propre à l'avenir", a déclaré le Dr Shi Zhenyu, postdoctorant au Département de Chimie et premier auteur de l'article.
Les résultats ont élargi la portée de « l'ingénierie de phase des nanomatériaux » (PEN), ouvrant une nouvelle voie à la conception et à la synthèse de catalyseurs hautement efficaces. Le professeur Zhang a déclaré qu'à l'avenir, l'équipe poursuivrait ses recherches sur le catalyseur à base de 1T′-TMD et ses perspectives d'application industrielle, afin de contribuer à l'énergie propre et au développement durable.
Les auteurs correspondants sont le professeur Zhang et le professeur Anthony R. J. Kucernak du département de chimie de l'Imperial College de Londres. Ce projet de recherche a réuni des collaborateurs d'universités et d'instituts de recherche de Hong Kong, de Chine continentale, de Singapour et du Royaume-Uni, démontrant l'importance de la collaboration internationale pour réaliser des percées scientifiques.
Plus d'informations : Zhenyu Shi et al, Croissance dépendante de la phase du Pt sur MoS2 pour une évolution hautement efficace du H2, Nature (2023). DOI :10.1038/s41586-023-06339-3
Informations sur le journal : Nature
Fourni par l'Université de la ville de Hong Kong
