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Des chercheurs de l’Université de Houston (UH) et de la California Institute of Technology ont inventé un catalyseur hybride peu coûteux, capable de séparer l’eau pour produire de l’hydrogène, qui pourrait être commercialisé à grande échelle.

Plus efficace

La plupart des systèmes de séparation de l’eau en ses composants – hydrogène et oxygène – nécessitent deux catalyseurs, l’un pour stimuler la séparer de l’hydrogène et l’autre pour produire de l’oxygène. Ce nouveau catalyseur, est fait de phosphure, de fer et de dinickel (deux atomes de nickel), sur une mousse de nickel disponible dans le commerce. Cet ensemble remplit les deux fonctions des systèmes ordinaires actuellement sur le marché.

Selon les chercheurs, il a le potentiel de réduire considérablement la quantité d’énergie nécessaire, pour produire de l’hydrogène à partir de l’eau, tout en générant une densité de courant élevée – une mesure de la production d’hydrogène. Des besoins énergétiques plus faibles, signifient que l’hydrogène pourrait être produit à moindre coût.

« Cela nous rapproche de la commercialisation », a déclaré Zhifeng Ren, titulaire de la chaire M.D. Anderson de physique à l’UH et auteur principal d’un article décrivant le nouveau catalyseur publié vendredi dans Nature Communications.

Une source d’énergie propre

L’hydrogène est considéré comme une source d’énergie propre, qui sous la forme de piles à combustible, pourrait alimenter des moteurs électriques ou brûlés dans des moteurs à combustion interne, ainsi que pour un certain nombre d’utilisations industrielles. Parce qu’il peut être comprimé ou converti en liquide, il est plus facile à stocker que d’autres formes d’énergies, a déclaré Ren, qui est également chercheur au Texas Center for Superconductivity à l’UH.

Mais trouver un moyen pratique, peu coûteux et respectueux de l’environnement de produire de grandes quantités d’ hydrogène – en particulier en divisant l’eau en ses composants – a été un défi. La majeure partie de l’hydrogène est actuellement produite par reformage du méthane à la vapeur et par la gazéification du charbon; ces méthodes augmentent l’empreinte du carbone des carburants, malgré le fait que l’hydrogène brûle proprement.

Bien que les catalyseurs traditionnels peuvent produire de l’hydrogène à partir de l’eau, le coauteur Shuo Chen, professeur adjoint de physique à l’UH, a déclaré qu’ils comptent généralement sur des éléments coûteux du groupe du platine. Cela augmente le coût, ce qui rend la division de l’eau à grande échelle impossible.

Un excellent catalyseur bifonctionnel

« En revanche, nos matériaux sont basés sur des éléments abondants sur la Terre et présentent des performances comparables à celles des matériaux du groupe du platine », a-t-elle déclaré. « Il peut être potentiellement utilisé à grande échelle à faible coût, ce qui le rend très attrayant et prometteur pour la commercialisation du partage de l’eau. » De plus, les chercheurs ont déclaré que ce catalyseur restait stable et efficace après plus de 40 heures d’essais.

Ce nouveau catalyseur, expliquent-ils, « se révèle être un excellent catalyseur bifonctionnel pour la dissociation globale de l’eau, présentant à la fois des activités extrêmement élevées de l’OER (réaction d’évolution de l’oxygène) et de la HER (réaction d’évolution hydrogène) dans le même électrolyte alcalin.

Des catalyseurs antérieurs ont utilisé différents matériaux pour stimuler une réaction produisant l’hydrogène que ceux qui sont utilisés pour produire l’oxygène. Ren a déclaré que l’interaction entre les particules de phosphure, de fer et les particules de phosphure de dinickel, stimule les deux réactions. « D’une manière ou d’une autre, un effort conjoint des deux matériaux est meilleur que n’importe quel matériau individuel », a-t-il expliqué.

En plus de Ren et Chen, les autres auteurs de cette recherche, incluent Fang Yu, Haiqing Zhou et Jingying Sun, tous au département de physique l’UH; Fan Qin et Jiming Bao, au Département de génie électrique et informatique à l’UH; et Yufeng Huang et William A. Goddard III du Centre de simulation des matériaux et des procédés de la California Institute of Technology.

Source : University of Houston