Pour guider la conception et la synthèse d’électrocatalyseurs vers des réactions de dégagement d’oxygène (REL) hautement efficaces, des chercheurs de l’Université de technologie chimique de Pékin ont résumé quatre stratégies courantes pour améliorer les performances des REL des hydroxydes doubles en couches (LDH) ainsi que l’identification de sites actifs pour LDH.
Ils ont publié leur travail le 7 septembre dans Progrès des matériaux énergétiques.
« Avec la demande et la consommation croissantes de combustibles fossiles, la pénurie d’énergie et la pollution de l’environnement deviennent graves et incontournables », a déclaré l’auteur correspondant Mingfei Shao, professeur au Laboratoire d’État clé d’ingénierie des ressources chimiques de l’Université de technologie chimique de Pékin, à Pékin. « Il est nécessaire d’explorer les énergies durables et renouvelables. L’hydrogène, en particulier, est une nouvelle énergie avec de splendides perspectives d’application. »
La production d’hydrogène hautement pur peut être obtenue par séparation électrochimique de l’eau en utilisant l’électricité transformée à partir d’énergies renouvelables telles que l’éolien et le solaire. Mais comme l’une des demi-réactions, l’OER est un processus à quatre électrons, avec une utilisation d’énergie à faible efficacité, selon Shao.
Shao et son équipe se concentrent sur les LDH, un matériau bidimensionnel de grand type. La large accordabilité, les rapports molaires et les anions intercouches en font un catalyseur exceptionnel pour les OER dans les milieux alcalins.
« Nous avons résumé quatre stratégies courantes appliquées pour améliorer les performances OER des LDH. Grâce à ces stratégies, le surpotentiel des OER peut être diminué, conduisant à une efficacité élevée de l’utilisation de l’énergie », a déclaré Shao. « Certains travaux sur l’identification des sites actifs pour les LDH sont introduits. La révélation du mécanisme de réaction et des sites actifs fournit les orientations théoriques pour concevoir des électrocatalyseurs efficaces. »
Le développement et l’exploration des catalyseurs OER en sont pour la plupart au stade expérimental à l’heure actuelle, ce qui ne peut pas répondre aux normes d’utilisation pratique à grande échelle. Par exemple, les problèmes liés à l’agrandissement de la taille des catalyseurs et au maintien de la stabilité pendant l’OER subsistent. De plus, la plupart des méthodes de préparation rapportées de catalyseurs à base de LDH sont compliquées et prennent du temps, ce qui entraîne des coûts élevés et limite leur application, selon Shao.
« La reconnaissance des espèces réactives de l’oxygène telles que les espèces d’oxygène adsorbées par des sites actifs à la surface des électrocatalyseurs et le radical oxygène dispersé dans la solution pendant les OER reste encore ambiguë en raison de l’existence instable et non apparente d’espèces réactives de l’oxygène », a déclaré Shao. « Après avoir reconnu ces espèces réactives de l’oxygène, comment en tirer parti pour des REL plus efficaces est toujours vital. »
« Nous espérons que cet examen pourra offrir des idées pour identifier davantage les sites actifs des LDH dans le but de fournir des conseils pour concevoir des électrocatalyseurs plus avancés vers la séparation électrochimique de l’eau », a déclaré Shao.
Xin Wan et al, Hydroxydes doubles en couches pour la réaction d’évolution de l’oxygène vers une génération efficace d’hydrogène, Progrès des matériaux énergétiques (2022). DOI : 10.34133/2022/9842610
Fourni par Beijing Institute of Technology Press