La production efficace et peu coûteuse d’hydrogène constitue une étape importante vers le développement de sources d’énergie alternatives et propres. La division électrochimique de l’eau, qui divise l’eau en ses éléments hydrogène et oxygène à l’aide d’un électrocatalyseur, est une option viable pour produire de l’hydrogène. Traditionnellement, les catalyseurs étaient basés sur des éléments coûteux tels que le platine, ce qui rend difficile l'application de cette technologie à une échelle commerciale généralisée.
Dans un article récemment publié, des chercheurs ont démontré comment l'ajout de molybdène à un catalyseur de phosphure de nickel-cobalt et sa synthèse par un processus hydrothermique à gradient, dans lequel le catalyseur est chauffé à 100 degrés, 150 degrés, puis 180 degrés Celsius pendant 10 heures, créait une microstructure unique qui a amélioré les performances du catalyseur, ce qui a permis une production d'hydrogène qui pourrait être plus applicable à la production d'hydrogène à grande échelle.
L'article a été publié dans Nano Research .
"La combinaison innovante de processus d'hydrothermie à gradient et de phosphidation forme une structure de microsphères", a déclaré Yufeng Zhao, professeur au Collège des sciences et à l'Institut pour l'énergie durable de l'Université de Shanghai, en Chine.
"Ces nanoparticules d'un diamètre d'environ 5 à 10 nanomètres forment des nanoaiguilles, qui s'auto-assemblent ensuite en une structure sphérique. Les nanoaiguilles offrent de nombreux sites actifs pour un transfert d'électrons efficace et la présence de particules de petite taille et d'une rugosité à micro-échelle améliore la libération de bulles d'hydrogène."
Pour créer cette microstructure unique, les chercheurs ont utilisé une technique appelée dopage élémentaire. Le dopage élémentaire est l'ajout intentionnel d'impuretés à un catalyseur pour améliorer son activité. Dans cette étude, du molybdène (Mo) a été ajouté au phosphure bimétallique de nickel-cobalt (Ni-Co) (P).
Les phosphures Ni-Co présentent déjà des performances électrocatalytiques exceptionnelles en raison de la manière dont les ions cobalt et nickel interagissent. Après ajout du molybdène puis utilisation d'un procédé hydrothermal à gradient, le Ni-CoP dopé au Mo a été déposé sur une mousse de nickel. Après ce processus, la microstructure unique des nanoaiguilles s'est formée sur le phosphure.
"Le dopage au molybdène à l'état de traces optimise la structure électronique et augmente le nombre de sites électroactifs", a déclaré Zhao. Le catalyseur Ni-CoP dopé au Mo a été testé pour sa fiabilité, sa stabilité et ses performances. Sa densité est restée presque constante après 100 heures et sa structure a été bien conservée, en partie grâce à la structure unique des nanoaiguilles, qui empêchent le catalyseur de s'effondrer lorsque l'hydrogène s'accumule. Les calculs ont également montré que le catalyseur au phosphure était exceptionnellement efficace.
Pour l’avenir, les chercheurs espèrent tester les performances de la réaction dans différentes solutions, telles que des solutions acides et neutres. Les études futures examineront également des alternatives à la mousse de nickel, telles que le treillis en titane, qui peuvent fonctionner sur toute la plage de pH. "Dans les travaux futurs, nous recommandons d'explorer l'application du catalyseur dans la production d'hydrogène assistée par oxydation de petites molécules, telles que l'urée. Cette approche réduirait le surpotentiel de l'électrolyse de l'eau et atténuerait la pollution environnementale causée par les eaux usées d'urée", a déclaré Zhao.
Plus d'informations : Chengyu Huang et al, Électrocatalyseur hautement efficace et stable pour le dégagement d'hydrogène par des nanoaiguilles de phosphure Ni-Co dopées au molybdène à haute densité de courant, Nano Research (2023). DOI :10.1007/s12274-023-5892-7
Informations sur le journal : Nanorecherche
Fourni par Tsinghua University Press
