La production d'hydrogène améliorée grâce à l'innovation des nano-aiguilles

Jan 29, 2024

Une production d’hydrogène efficace et peu coûteuse est cruciale pour faciliter la transition vers une énergie propre.

La méthode actuelle pour produire de l’hydrogène vert consiste à diviser l’eau par électrochimie. Ce processus divise l’eau en ses éléments hydrogène et oxygène à l’aide d’un électrocatalyseur.

Cependant, les électrocatalyseurs reposent sur des éléments coûteux comme le platine. Cela rend difficile l’application de cette technologie à une échelle commerciale généralisée.

Aujourd’hui, les chercheurs ont démontré que l’ajout de molybdène à un catalyseur de phosphure de nickel-cobalt et sa synthèse par un processus hydrothermique à gradient créent une microstructure unique. Cette microstructure a amélioré les performances du catalyseur, aboutissant à un processus plus applicable à la production d'hydrogène à grande échelle.

L'article intitulé «Électrocatalyseur hautement efficace et stable pour l'évolution de l'hydrogène par des nanoaiguilles de phosphure de Ni-Co dopées au molybdène à haute densité de courant» est publié dans Nano Research.

"La combinaison innovante de processus d'hydrothermie à gradient et de phosphidation forme une structure de microsphères", a déclaré Yufeng Zhao, professeur au Collège des sciences et à l'Institut pour l'énergie durable de l'Université de Shanghai, en Chine.

« Ces nanoparticules d'un diamètre d'environ cinq à dix nanomètres forment des nanoaiguilles, qui s'auto-assemblent ensuite en une structure sphérique. Les nanoaiguilles offrent de nombreux sites actifs pour un transfert d’électrons efficace et la présence de particules de petite taille et d’une rugosité à micro-échelle améliore la libération de bulles d’hydrogène.

Les chercheurs ont créé la microstructure en utilisant le dopage élémentaire. Cette technique consiste à ajouter intentionnellement des impuretés à un catalyseur pour améliorer son activité.

Dans l’étude, du molybdène (Mo) a été ajouté au phosphure bimétallique de nickel-cobalt (Ni-Co) (P). Déjà, la manière dont les ions cobalt et nickel interagissent confère aux phosphures Ni-Co une performance électrocatalytique exceptionnelle.

Une fois le molybdène ajouté et un processus hydrothermique à gradient utilisé, le Ni-CoP dopé au Mo a été déposé sur une mousse de nickel.

La microstructure unique des nanoaiguilles s’est ensuite formée sur le phosphure.

"Le dopage au molybdène à l'état de traces optimise la structure électronique et augmente le nombre de sites électroactifs", a déclaré Zhao.

L’équipe a testé la fiabilité, la stabilité et les performances du catalyseur Ni-CoP dopé au Mo. Ils ont constaté que la densité restait presque constante après 100 heures et que sa structure était bien entretenue.

Cela était dû à la structure unique des nano-aiguilles, qui empêche le catalyseur de s’effondrer à mesure que l’hydrogène s’accumule. Leurs calculs ont également montré que le catalyseur était exceptionnellement efficace pour faciliter la production d’hydrogène.

En regardant vers l’avenir, l’équipe espère tester les performances de la réaction dans différentes solutions.

Les études futures examineront également des alternatives à la mousse de nickel, telles que le treillis en titane, qui peuvent fonctionner sur toute la plage de pH.

« Dans les travaux futurs, nous recommandons d’explorer l’application du catalyseur dans la production d’hydrogène assistée par oxydation de petites molécules, telles que l’urée. Cette approche réduirait le surpotentiel de l’électrolyse de l’eau et atténuerait la pollution environnementale causée par les eaux usées à base d’urée », a déclaré Zhao.

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