UT El Paso

Des chercheurs dirigés par des ingénieurs de l'Université du Texas à El Paso (UTEP) ont proposé un matériau à base de nickel à faible coût inspiré des cactus pour aider à diviser l'eau de manière plus économique et plus efficace. Le matériau est décrit dans un article de la revue ACS Applied Materials & Interfaces.

Les techniques d'électrolyse actuelles pour diviser l'eau dépendent fortement du platine comme catalyseur, qui est très coûteux et tout simplement impossible à utiliser à grande échelle en raison de son prix, a déclaré le professeur de génie mécanique de l'UTEP Ramana Chintalapalle, Ph.D., qui a dirigé l'étude. .

L'auteur principal, Navid Attarzadeh, a remarqué pour la première fois le figuier de Barbarie en se rendant au laboratoire du Centre de recherche sur les matériaux avancés de l'UTEP. L'équipe avait exploré le nickel comme substitut catalytique du platine, un métal abondant sur Terre et 1 000 fois moins cher que le platine. Le nickel, cependant, n'est pas aussi rapide et efficace pour décomposer l'eau en hydrogène.

Chaque jour, je passais devant cette même plante. Et j'ai commencé à le relier à notre problème de catalyseur. Ce qui a attiré mon attention, c'est la taille des feuilles et des fruits par rapport aux autres plantes du désert ; la figue de barbarie a une surface extraordinaire.

Attarzadeh s'est demandé s'ils concevaient un catalyseur 3D à base de nickel en forme de figuier de Barbarie ? La plus grande surface pourrait accueillir plus de réactions électrochimiques, créant plus d'hydrogène que le nickel ne le peut généralement.

L'équipe a synthétisé une nanoarchitecture 3D de Ni5P4-Ni2P/NiS alignés (plaque/nanofeuillets) en utilisant un procédé de phospho-sulfuration.

La durabilité et la conception unique du figuier de barbarie dans les environnements désertiques en absorbant l'humidité à travers sa surface étendue et sa capacité à porter des fruits sur les bords des feuilles inspirent cette étude à adopter une architecture 3D similaire et à l'utiliser pour concevoir un catalyseur d'hétérostructure efficace pour l'activité HER .

Le catalyseur comprend deux compartiments des plaques de Ni5P4-Ni2P alignées verticalement et des nanofeuilles de NiS, ressemblant au rôle des feuilles et des fruits dans le figuier de Barbarie. Les plaques Ni5P4-Ni2P délivrent des charges aux zones d'interface, et les nanofeuillets NiS influencent de manière significative Had et transfèrent les électrons pour l'activité HER. En effet, la présence synergique d'hétérointerfaces et des nanofeuillets de NiS épitaxiés permet d'améliorer sensiblement l'activité catalytique par rapport aux catalyseurs au phosphure de nickel.

Notamment, la surtension d'apparition des catalyseurs ternaires les mieux modifiés présente (35 mV) la moitié du potentiel requis pour les catalyseurs au phosphure de nickel. Ce catalyseur prometteur démontre des surpotentiels de 70 et 115 mV pour atteindre des densités de courant de 10 et 100 mA cm–2, respectivement. La pente de Tafel obtenue est de 50 mV dec–1, et la capacité double couche mesurée par voltamétrie cyclique (CV) pour le meilleur électrocatalyseur ternaire est de 13,12 mF cm–2, 3 fois plus que l'électrocatalyseur au phosphure de nickel.

De plus, la spectroscopie d'impédance électrochimique (EIS) aux potentiels cathodiques révèle que la résistance de transfert de charge la plus faible est liée au meilleur électrocatalyseur ternaire, allant de 430 à 1,75 Ω cm–2. Cette amélioration peut être attribuée à l'accélération de l'échangeabilité des électrons aux interfaces. Nos résultats démontrent que les nanofeuilles de NiS épitaxiales élargissent la surface catalytique active et augmentent simultanément l'activité catalytique intrinsèque en introduisant des hétérointerfaces, ce qui conduit à accueillir plus de Had aux interfaces.

Le projet de recherche a été soutenu par une subvention du programme de partenariats pour la recherche et l'éducation dans les matériaux (PREM) de la National Science Foundation.

Ressources

Navid Attarzadeh, Debabrata Das, Srija N. Chintalapalle, Susheng Tan, V. Shutthanandan et CV Ramana (2023) "Conception inspirée par la nature de réseaux Ni5P4-Ni2P/NiS alignés sur la nano-architecture pour une activité électrocatalytique améliorée de la réaction d'évolution de l'hydrogène ( HER)" ACS Applied Materials & Interfaces 15 (18), 22036-22050 doi : 10.1021/acsami.3c00781

Publié le 16 mai 2023 dans Catalyseurs, Hydrogène, Production d'hydrogène, Contexte du marché | Lien permanent | Commentaires (0)