14.09.2022 - University of Houston

Un nouveau catalyseur offre un moyen plus abordable de produire de l'hydrogène à partir de l'eau de mer

Des chercheurs découvrent un catalyseur unique capable de séparer l'eau douce et l'eau de mer à basse tension

Ces dernières années, l'hydrogène a attiré l'attention en tant que source potentielle d'énergie propre, car il brûle sans produire d'émissions nuisibles au climat. Cependant, les méthodes traditionnelles de production d'hydrogène ont une empreinte carbone importante, et les méthodes plus propres sont coûteuses et techniquement complexes.

Des chercheurs font état d'une avancée significative : un catalyseur à deux électrodes qui repose sur un seul composé pour produire efficacement de l'hydrogène et de l'oxygène à partir d'eau de mer et d'eau douce. Les précédentes tentatives de catalyseurs bifonctionnels permettant de séparer l'eau en hydrogène et en oxygène se sont généralement soldées par des performances médiocres dans l'une des deux fonctions. L'utilisation de deux catalyseurs distincts fonctionne mais augmente le coût de fabrication des catalyseurs.

Dans des travaux décrits dans la revue Energy & Environmental Science, des chercheurs de l'université de Houston, de l'université chinoise de Hong Kong et de l'université normale de Chine centrale rapportent l'utilisation d'un composé de nickel/molybdène/azote, modifié avec une petite quantité de fer et cultivé sur de la mousse de nickel pour produire efficacement de l'hydrogène puis, par un processus de reconstruction électrochimique déclenché par une tension cyclique, converti en un composé produisant une réaction d'évolution de l'oxygène tout aussi puissante.

Les chercheurs ont déclaré que l'utilisation d'un seul composé pour la réaction de dégagement d'hydrogène (HER) et la réaction de dégagement d'oxygène (OER) - bien que légèrement modifié par le processus de reconstruction - rend non seulement la séparation de l'eau plus abordable, mais simplifie également les défis techniques.

La plupart des matériaux conviennent mieux à la réaction d'évolution de l'hydrogène ou à la réaction d'évolution de l'oxygène, mais les deux réactions sont nécessaires pour compléter la réaction chimique et produire de l'hydrogène à partir de l'eau. Zhifeng Ren, directeur du Texas Center for Superconductivity à UH et auteur correspondant de l'article, a déclaré que le nouveau catalyseur permet non seulement des opérations efficaces avec un seul catalyseur, mais qu'il fonctionne aussi bien dans l'eau de mer que dans l'eau douce. "Par rapport aux catalyseurs existants, il s'agit du meilleur catalyseur jamais signalé", a-t-il déclaré.

Utilisant de l'eau de mer alcaline et fonctionnant dans des conditions quasi-industrielles, le catalyseur a fourni une densité de courant de 1 000 milliampères/centimètre carré en utilisant seulement 1,56 volt dans l'eau de mer, restant stable pendant 80 heures de test.

Les bonnes performances du catalyseur dans l'eau de mer pourraient résoudre un problème : la plupart des catalyseurs disponibles fonctionnent mieux dans l'eau douce. La séparation de l'eau de mer est plus compliquée, en partie à cause de la corrosion associée au sel et à d'autres minéraux. M. Ren, qui est également titulaire de la chaire de physique M.D. Anderson à l'Université de Houston, a déclaré que le nouveau catalyseur génère également de l'oxygène pur, évitant ainsi le sous-produit potentiel de chlore gazeux corrosif produit par certains catalyseurs.

Mais les réserves d'eau douce sont de plus en plus limitées par la sécheresse et la croissance démographique. L'eau de mer, en revanche, est abondante. "Normalement, même si un catalyseur fonctionne pour l'eau salée, il nécessite une plus grande consommation d'énergie", a déclaré Ren. "Dans ce cas, le fait de nécessiter une consommation d'énergie presque identique à celle de l'eau douce est une très bonne nouvelle".

Shuo Chen, professeur associé de physique à l'Université de Houston et co-auteur de l'article, a déclaré que la forte densité de courant du catalyseur à une tension relativement faible réduit le coût énergétique de la production d'hydrogène. Mais ce n'est qu'une façon pour le catalyseur d'aborder la question de l'accessibilité économique, a déclaré Chen, qui est également chercheur principal au TcSUH.

En utilisant un matériau - le composé nickel/molybdène/azote modifié par le fer - pour le HER, puis en utilisant la tension de cyclage pour déclencher une reconstruction électrochimique afin de produire un matériau légèrement différent, un oxyde de fer/molybdène/oxyde de nickel, pour le OER, les chercheurs éliminent la nécessité d'un second catalyseur tout en simplifiant les exigences techniques, a déclaré Chen.

"Si vous fabriquez un dispositif avec deux matériaux différents sur deux électrodes, vous devez déterminer comment la charge électrique peut circuler dans chaque électrode et concevoir la structure en conséquence", a-t-elle expliqué. "Dans ce cas, le matériau n'est pas exactement le même, car une (électrode) subit une reconstruction électrochimique, mais il s'agit d'un matériau très similaire, ce qui facilite l'ingénierie."

Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.

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