Des chercheurs de l'Université d'Umeå ont identifié le fonctionnement interne d'un catalyseur très efficace et stable pour la production d'hydrogène, un processus central de nombreuses initiatives énergétiques durables.
Dans une étude récemment publiée dans la revue Matériel de communicationles chercheurs ont trouvé un moyen d'améliorer les catalyseurs de l'électrolyse de l'eau, qui divise l'eau en hydrogène et en oxygène pour générer du carburant propre.
L'étude aborde un mystère de longue date: comment les catalyseurs en nickel, en fer et en molybdène peuvent maintenir leur activité exceptionnelle et continuer à diviser efficacement l'eau, même après une partie importante de leur molybdène pendant le fonctionnement.
L'hydrogène est une excellente source d'énergie, et sa production à partir de l'eau à l'électrolyse constitue la base de plusieurs initiatives énergétiques durables. Le problème a été que les catalyseurs responsables de la génération d'oxygène s'usent souvent dans des conditions opérationnelles difficiles, une limitation majeure pour l'adoption généralisée.
Un catalyseur qui fonctionne même après la perte de composants
Pendant des années, l'activité et la stabilité de ces catalyseurs nickel-fer-molybdène ont été un puzzle: comment pourraient-ils maintenir leurs performances exceptionnelles même après que MolybDenum, un composant clé, a été emporté?
La clé réside dans des changements subtils mais critiques dans la façon dont les atomes sont organisés. Lorsque du molybdène est présent au début, il influence comment le nickel et le fer sont positionnés dans le matériau.
« Vous pouvez y penser comme étirer un diamant parfait dans une forme légèrement élargie.
Comme construire une fondation stable
Fait intéressant, même après la disparition du molybdène, ces changements dans la structure atomique restent. C'est comme construire une fondation stable: même après avoir retiré l'échafaudage, la structure se tient et fonctionne toujours comme il se doit.
Ces résultats guideront le développement de catalyseurs encore plus robustes et rentables pour l'électrolyse de l'eau, et peuvent également inspirer des stratégies similaires pour la conception de catalyseurs durables dans d'autres applications électrochimiques.
« Nous avons pu comprendre quel est le rôle du molybdène et pourquoi nous en avons besoin dans notre matériel même s'il se lave finalement », explique Eduardo Gracia, auteur principal de l'étude. « Cela nous fait nous demander s'il existe d'autres éléments chimiques ou processus plus accessibles qui pourraient créer des distorsions similaires.
« Nos résultats suggèrent que d'autres matériaux pourraient éprouver des effets similaires si du molybdène, ou d'autres éléments, est ajouté. D'une certaine manière, cela ouvre de nouveaux itinéraires pour concevoir entièrement de nouveaux types de catalyseurs. »
