L’hydrogène est un vecteur d’énergie propre prometteur en raison de sa densité d’énergie gravimétrique la plus élevée et de l’absence d’émissions de dioxyde de carbone. Le platine, un métal noble (Pt), est le catalyseur le plus efficace pour la séparation électrochimique de l’eau afin de produire de l’hydrogène. Cependant, la rareté et le coût élevé du Pt limitent considérablement son application pratique.
Récemment, un groupe de recherche dirigé par le professeur Zhu Qingshan de l’Institut de génie des procédés (IPE) de l’Académie chinoise des sciences a mis au point une technique d’ingénierie des défauts cationiques pour synthétiser des catalyseurs Pt à atome unique avec une activité de masse ultra élevée pour l’hydrogène à grande échelle. fabrication à moindre coût.
L’étude a été publiée dans Matériaux fonctionnels avancés le 7 novembre.
Au cours de la dernière décennie, des stratégies de confinement spatial, d’interaction forte et de contrainte de groupe fonctionnel ont été développées pour fabriquer des catalyseurs à un seul atome de Pt pour une utilisation maximale du Pt. Cependant, l’activité massique du Pt n’a pas été améliorée de manière significative.
L’une des principales raisons est que les atomes individuels sont thermodynamiquement instables et ont tendance à s’agréger spontanément en particules pendant la synthèse et l’opération, diminuant l’activité de masse.
Dans cette étude, la technique d’ingénierie des défauts cationiques peut ancrer des atomes uniques de platine (Pt) sur les facettes actives 100 du carbure de titane (TiC). L’activité massique du catalyseur à un seul atome Pt-TivC tel que synthétisé était environ 190 fois supérieure à celle du catalyseur commercial à 40 % en poids de Pt-C, avec une faible quantité de chargement de Pt et un faible coût.
« Les atomes de Ti à la surface des facettes actives de TiC 100 ont été sélectivement chlorés pour former des lacunes de Ti chargées négativement, puis des atomes de Pt ont été ancrés dans les lacunes de Ti en formant des liaisons Pt-C covalentes, montrant une excellente durabilité à long terme et une ultra-haute activité de masse », a déclaré le Dr Xiang Maoqiao, co-auteur correspondant de l’étude.
Plus d’information:
Qinghua Dong et al, Activité de masse ultra élevée pour la réaction d’évolution de l’hydrogène en ancrant des atomes uniques de platine sur des facettes actives 100 de TiC via l’ingénierie des défauts cationiques, Matériaux fonctionnels avancés (2022). DOI : 10.1002/adfm.202210665