Prolonger la durée de vie des électrocatalyseurs
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Une équipe de chercheurs a découvert comment maintenir actif et stable un électrocatalyseur à base d'oxyde de cobalt. L'élément chrome joue un rôle crucial dans ce processus.
Bien que le chrome lui-même ne soit pas un élément actif, sa dissolution continue permet une transformation réversible de la surface qui maintient l'électrocatalyseur à base d'oxyde spinelle de Co-Cr actif et stable. Cela pourrait améliorer considérablement l'efficacité de la production d'hydrogène. Ces résultats ont été obtenus par des chercheurs de l'université de la Ruhr à Bochum, en Allemagne, des instituts Max Planck pour les matériaux durables à Düsseldorf et pour la recherche sur le charbon à Mülheim, du Forschungszentrum Jülich et de l'institut Helmholtz pour les énergies renouvelables à Erlangen-Nürnberg. Ils publient leurs résultats dans la revue Nature Communications du 10 novembre 2025.
L'oxyde spinelle de Co-Cr est un composé chimique composé de cobalt, de chrome et d'oxygène, avec une structure cristalline particulière connue sous le nom de spinelle. Dans cette structure, les ions métalliques cobalt et chrome sont disposés selon un schéma spécifique avec les ions oxygène. L'oxyde spinelle à base de cobalt est souvent utilisé comme électrocatalyseur, en particulier pour la réaction de dégagement de l'oxygène. Les électrocatalyseurs de la réaction de dégagement d'oxygène sont souvent des oxydes de métaux nobles. L'oxyde spinelle de Co, en revanche, offre une alternative abordable en tant qu'électrocatalyseur d'anode pour l'électrolyse de l'eau - la décomposition de l'eau en hydrogène et en oxygène. Jusqu'à présent, cependant, l'oxyde de spinelle de Co perdait souvent son activité très rapidement au cours de la réaction. Et c'est précisément là que la recherche de la nouvelle étude entre en jeu.
"La réaction de transformation de l'oxygène est lente et constitue le goulot d'étranglement de l'ensemble du système", explique Tong Li, professeur de caractérisation à l'échelle atomique à l'université de la Ruhr à Bochum. L'élément chrome du catalyseur à base d'oxyde spinelle Co-Cr n'est pas lui-même actif dans la réaction de transformation de l'oxygène. "Cependant, il est intéressant de noter que le catalyseur devient très actif et stable lorsqu'une grande quantité de chrome est ajoutée à l'oxyde spinelle de Co", explique Tong Li. La raison en est que le chrome se dissout continuellement au cours de la réaction, formant de l'oxyhydroxyde. "Cela permet une transformation réversible entre l'hydroxyde et l'oxyhydroxyde. Cette transformation active le cobalt dans le catalyseur et maintient son activité sur une longue période", ajoute-t-elle.
"La lixiviation du chrome n'est donc pas mauvaise. Ce n'est pas du tout intuitif", explique Tong Li pour expliquer ce résultat surprenant. Tong Li est un expert en tomographie par sonde atomique, une méthode qui permet de visualiser la distribution spatiale des matériaux, atome par atome. Dans cette étude sur l'oxyde spinelle de Co-Cr, elle et ses collègues ont combiné cette méthode avec la microscopie électronique à transmission, la spectroscopie d'absorption des rayons X, la spectroscopie de photoémission des rayons X, la spectroscopie Raman in situ et des mesures électrochimiques.
L'étude montre que la dissolution continue du chrome peut améliorer de manière significative l'activité et la stabilité des électrocatalyseurs à base d'oxyde de spinelle de cobalt pour la réaction de dégagement de l'oxygène. Cette recherche pourrait ouvrir la voie à des catalyseurs plus efficaces et plus durables. "Cette nouvelle compréhension atomique est cruciale pour optimiser les électrocatalyseurs destinés à des applications pratiques, telles que la production d'hydrogène, un vecteur énergétique prometteur pour l'avenir", déclare Tong Li.
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.
Publication originale
Biao He, Pouya Hosseini, Tatiana Priamushko, Oliver Trost, Eko Budiyanto, Christoph Bondue, Jonas Schulwitz, Aleksander Kostka, Harun Tüysüz, Martin Muhler, Serhiy Cherevko, Kristina Tschulik, Tong Li; "Atomic-scale insights into surface reconstruction and transformation in Co-Cr spinel oxides during the oxygen evolution reaction"; Nature Communications, Volume 16, 2025-11-10
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