Un groupe de recherche dirigé par le professeur Wang Junqiang de l’Institut de technologie et d’ingénierie des matériaux de Ningbo (NIMTE) de l’Académie chinoise des sciences (CAS) a développé une stratégie combinatoire à haut débit pour cribler des catalyseurs supérieurs pour la réaction de dégagement d’hydrogène (HER). Les travaux de recherche ont été publiés dans Catalyse ACS.
Grâce aux excellentes caractéristiques de faible coût, d’activité catalytique élevée et de bonne durabilité, les catalyseurs à base de plusieurs métaux non nobles, tels que les alliages de nickel (Ni) et de cobalt (Co), ont attiré une attention croissante dans le monde entier dans le domaine de la recherche de HER ou réaction de dégagement d’oxygène (OER). Cependant, en raison du vaste espace de composition des alliages multicomposants qui nécessite un travail considérable sur la fabrication du catalyseur et les tests de performance, il reste difficile d’identifier le catalyseur optimal pour HER à la fois informatiquement et expérimentalement.
Sur la base d’études antérieures, les chercheurs du NIMTE ont sélectionné les éléments non nobles Ni et Co comme composants d’alliage dominants avec le titane (Ti) comme élément d’alliage supplémentaire, adaptant ainsi le dégagement d’hydrogène. Grâce au dépôt par co-pulvérisation magnétron, les chercheurs ont synthétisé la bibliothèque de films ternaires Ni-Co-Ti.
Les chercheurs ont proposé la méthode de criblage de bulles à haut débit pour identifier les alliages multicomposants supérieurs utilisés comme catalyseurs HER haute performance. L’efficacité globale du dépistage a été améliorée de plus de 10 000 fois par rapport aux méthodes traditionnelles d’essais et d’erreurs chronophages et laborieuses.
De plus, l’analyse électrochimique parallèle a été effectuée, indiquant que parmi le diagramme de phase large avec 39% d’alliage 56.5Co35Ti8.5 possède la performance catalytique optimale.
De plus, ils ont étudié le mécanisme sous-jacent et ont découvert que la faible densité de remplissage atomique et la faible énergie de liaison des électrons contribuent à l’activité catalytique élevée de HER.
La stratégie combinatoire à haut débit proposée dans cette étude a montré un grand potentiel d’extension à l’exploration de catalyseurs dans des systèmes d’alliages à composition plus élevée et même pour les OER.
Xuanzhi Liu et al, Méthodes combinatoires à haut débit pour la conception de catalyseurs de réaction d’évolution de l’hydrogène, Catalyse ACS (2022). DOI : 10.1021/acscatal.2c00869