Les défauts intentionnels favorisent de meilleures réactions, rapportent les chercheurs

7 juin 2023

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par Tsinghua University Press

Un défaut n'est pas toujours une mauvaise chose. En fait, lorsqu'il s'agit d'améliorer le processus d'électrocatalyse qui produit de l'hydrogène à combustion propre, cela peut être une très bonne chose. Des chercheurs basés en Chine ont conçu un électrocatalyseur - qui accélère une réaction souhaitée - avec des architectures à la fois amorphe et cristalline qui contiennent des défauts dans la structure atomique. Les défauts permettent à l'électrocatalyseur de déclencher une activité de réaction « supérieure », a rapporté l'équipe.

Ils ont publié leurs résultats Nano Research Energy.

"La génération d'hydrogène à partir de l'électrolyse de l'eau - ou l'utilisation du courant électrique pour séparer l'eau afin de séparer l'hydrogène de l'oxygène - pilotée par les énergies renouvelables est une technologie prometteuse pour atténuer et résoudre la crise de l'énergie et de l'environnement", a déclaré Cuiling Li, professeur à l'Académie chinoise. of Sciences' Technical Institute of Physics and Chemistry, qui est également affilié à l'Institut de technologie de Pékin et à l'Institut de technologie de Binzhou.

La réaction d'évolution de l'oxygène est la réaction anodique de l'électrolyse de l'eau, dans laquelle le courant continu provoque une réaction chimique qui sépare les molécules d'oxygène des molécules d'eau. Cependant, Li a qualifié cette réaction de "processus lent" et limite l'électrolyse de l'eau en tant que mécanisme durable de production d'hydrogène gazeux. Selon Li, la réaction de dégagement d'oxygène est lente car elle nécessite beaucoup de puissance pour déclencher la manière dont les molécules transfèrent leurs constituants, mais elle pourrait être accélérée avec moins de puissance si elle était intégrée à des catalyseurs plus efficaces.

"L'exploitation d'électrocatalyseurs efficaces pour la réaction de dégagement d'oxygène est primordiale pour le développement de dispositifs électrochimiques pour la conversion d'énergie propre", a déclaré Li.

Les chercheurs se sont tournés vers l'oxyde de ruthénium, un catalyseur moins coûteux qui adhère moins aux réactifs et aux intermédiaires que les autres catalyseurs.

« Des nanomatériaux à base d'oxyde de ruthénium avec de meilleures performances de réaction de dégagement d'oxygène par rapport aux produits commerciaux ont été signalés, tandis que des stratégies de conception d'électrocatalyseur plus sophistiquées pour évoquer des performances catalytiques plus efficaces sont nécessaires de toute urgence et largement inexplorées », a déclaré Li.

Pour combler cette lacune, les chercheurs ont synthétisé des particules poreuses d'oxyde de ruthénium. Ils ont ensuite traité les particules pour produire des hétérophases rationnellement régulées, ce qui signifie que les particules contiennent différentes architectures intégrées ensemble. La structure poreuse et hétérophase fournit les défauts - essentiellement des entailles dans la structure atomique - qui permettent à des sites plus actifs pour la réaction de dégagement d'oxygène de se dérouler avec plus d'efficacité, selon Li.

"Bénéficiant des défauts abondants, des limites cristallines et de l'accessibilité au site actif des échantillons résultants, des performances supérieures de réaction de dégagement d'oxygène ont été démontrées", a déclaré Li, expliquant que les électrocatalyseurs conçus produisent non seulement une meilleure réaction de dégagement d'oxygène, mais aussi avec moins l'électricité alimentant le processus. "Cette étude démontre l'importance de l'ingénierie de phase et fournit une nouvelle voie pour la conception et la synthèse de catalyseurs à stratégies combinées."

Plus d'information: Chengming Wang et al, Particules nanoporeuses de RuO 2 amorphes / cristallines riches en défauts orientées vers l'ingénierie de phase pour stimuler la réaction d'évolution de l'oxygène dans les milieux acides, Nano Research Energy (2023). DOI : 10.26599/NRE.2023.9120070

Fourni par Tsinghua University Press